超纯水设备的原理主要基于反渗透技术，结合预处理、离子交换、终端超滤等多个单元，以确保产出水质达到超纯水平。
超纯水设备的工作流程大致可以分为以下几个主要步骤：
预处理：自来水首先通过预处理单元，这一步骤的主要目的是去除水中的较大颗粒、悬浮物以及部分有机物，为后续的处理步骤做准备。
反渗透：经过预处理的水进入反渗透单元，这里利用反渗透膜对水施加一定的压力，使水分子和离子态的矿物质元素通过反渗透膜，而溶解在水中的绝大部分无机盐、有机物以及细菌、病毒等无法透过反渗透膜，从而实现对这些杂质的截留性去除。
离子交换：在反渗透之后，设备进入离子交换单元，这一步骤的目的是对经过膜去除后残余的微少离子进行纯化和超纯化，使水中的离子含量降低到痕量水平。
终端超滤：最后，通过UV、超滤等技术确保超纯水中的微生物、有机物和热原满足各类实验应用需求。
超纯水机的反渗透原理是在原水一方施加比自然渗透压力更大的压力，使水分子由浓度高的一方逆渗透到浓度低的一方。由于反渗透膜的孔径远远小于病毒和细菌的几百倍乃至上千倍以上，各种病毒、细菌、重金属、固体可溶物、污染有机物、钙镁离子等根本无法通过反渗透膜，从而达到水质净化的目的。
此外，超纯水设备还采用多介质过滤器、活性炭过滤器及保安过滤器作为前级处理，有效除去原水中的悬浮物、泥砂、微粒、有机硅胶体、有机物、异味、余氯等杂质，使经过处理后的原水符合反渗透的进水要求。然后进入程控反渗透装置去除水中的溶解性盐类物质、细菌、热源等，使用离子交换混床进行深度脱盐，使产水电阻率达到15～1 8.2MΩ·cm。后处理采用紫外线杀菌器和精密过滤器隔绝细菌的二次污染，产水可达到国家电子级水的技术指标12。