聚結分離器主要是為液-液分離設計的，它含兩種濾芯，即：聚濾芯和分離濾芯。比如在油品除水系統中，油品流入聚結分離器后，首先流經聚結濾芯，聚結濾芯濾除固體雜質，并將極小的水滴聚結成較大的水珠。絕大部分聚結后的水珠可以靠自重從油中分離除去，沉降到集水槽中。然后油品又流過分離濾芯，由于分離濾芯具有良好的親油憎水性，從而進一步分離水分，最終，潔凈，無水的油品流出聚結分離器。
油品先由進口管進入過濾器殼體的下部，然后從外向內流過濾芯，這時較粗的顆粒便會立即沉淀下來，由排污閥放出，較小的顆粒被濾芯攔截。最后潔凈的油品經濾芯托盤匯集后，由出口管流出聚結分離器，隨著被處理油量的增加，沉積在濾芯上的污染物會引起聚結器壓差的上升。當壓差上升到0.15Mpa時，說明聚結濾芯已被堵塞，應予更換。
油液從聚結分離器進油口流入一級托盤，然后分流于一級濾芯內部，經過過濾、破乳、水分子長大、聚結的過程，雜質截留在一級濾芯內，聚結的水珠沉降于沉淀槽中，油品從外向內進入二級濾芯，匯集于二級托盤內，從聚結分離器出口流出。二級濾芯的材料具有憎水性，油品能夠順利通過，游離水則被擋于濾芯之外，流入沉淀槽中，通過放污閥排出。