石英砂过滤器以多层级配石英砂、砾石构成滤层，依靠多重物理作用截留水体里的泥沙颗粒与胶体物质，水流自上而下缓慢穿过砂层，不同粒径杂质在滤层不同位置被截留住，整套作用分为筛分、吸附、架桥沉淀几类形式。
筛分作用针对尺寸偏大的泥沙颗粒。罐体内部滤料按照由粗到细分层装填，底层大砾石作为承托，中层中粗石英砂，表层细石英砂。颗粒直径大于砂粒缝隙空间的泥沙，抵达表层便被阻挡，无法穿透向下流动；中等尺寸泥沙会卡在中层砂料间隙。筛分效果依托滤料粒径搭配实现，粗砂缝隙大，负责阻挡大块泥沙，细砂缝隙狭小，拦下细碎砂粒，多层结构分担截留压力，不会出现表层快速堵死的情况。
吸附作用是捕捉胶体微粒的关键。胶体颗粒体型微小，尺寸小于砂层缝隙，无法依靠筛分拦截。石英砂颗粒表面带有电荷，水体中的泥沙胶体、有机胶体带有相反电性，二者之间形成静电吸附力，胶体微粒贴附在石英砂表面。水流持续流动过程中，不断有新的胶体附着叠加，慢慢在砂粒表面形成薄层堆积。水中微量金属离子、氢氧化物絮体还能增强吸附力度，让细小胶体更稳固附着在滤料表面，不会随水流轻易穿透滤层。
架桥与絮凝聚集辅助提升拦截效果。水中少量悬浮絮状物、微量药剂残留会充当架桥介质，分散的胶体微粒依附在架桥物质上抱团聚集，微小胶体结合成体积更大的絮团。絮团尺寸变大之后，既可以被筛分阻拦，也更容易吸附在砂层缝隙内壁。即便未投加药剂，水流流经砂层时流速反复小幅变化，胶体颗粒之间发生碰撞粘连，自发形成小絮体，降低穿透滤层的概率。
深层过滤贯穿整个砂层空间，区别于只在表面拦截的滤网设备。表层细砂拦下大部分粗泥沙，中层砂层承接抱团后的胶体絮团，深层滤料捕捉少量穿透表层的超细胶体与微砂。杂质均匀分布在整段滤层，不会集中堆积在表层短时间抬高压差，设备可以维持较长运行时段再启动反洗。
反洗阶段水流逆向向上冲起砂层，砂粒之间互相摩擦撞击，附着在表面的泥沙、胶体絮团受水流冲刷与颗粒摩擦剥离，随排污水流排出罐体，滤料吸附空间恢复原有状态，能够再次投入过滤作业。滤料长期使用出现粉化、表面孔隙变少，吸附能力下滑，胶体拦截效果减弱，这时更换全新石英砂便可恢复原有过滤状态。
