离心机对旋转颗粒进行沉降分离的物理学基础是通过离心力对旋转颗粒的作用。
当将样品放入离心机转头的离心管内，离心机驱动时，样品液就随离心管做匀速圆周运动，于是就产生了一个向外的离心力旋转区域的半径越大、旋转的速度越快，则离心力越大，颗粒沉降也越快。由于不同颗粒的质量、密度、大小及形状等彼此各部相同，在同一大小的离心场中沉降速度也就不相同，颗粒沉降的顺序有颗粒密度的大小所决定的，密度越大越先沉降，由此便可以得到相互间的分离。