由于原油、油層水及所含天然乳化劑組成的復雜性，對油水界面上發生的物理化學過程的研究又極其困難，因而對化學吐魯番破乳劑的破乳過程和破乳機理仍處于研究之中，但破乳劑和乳化劑都是表面活性物質，兩者的作用卻截然相反。現將各種破乳劑的破乳機理歸納如下：

1、表面活性作用。破乳劑都具有高效能的表面活性物質，破乳劑較乳化劑有更高的活性，有文獻認為破乳劑活性應比乳化劑大100～1000倍，使破乳劑能迅速地穿過乳狀液外相分散到油水界面上，替換或中和乳化劑，降低乳化水滴的界面張力和界面膜強度，使形成W/O型乳狀液變得很不穩定。界面膜在外力作用下極易破裂，從而使乳狀液微粒內相的水突破界面膜進入外相，從而使油水分離。這不僅可以破壞已經形成的原油乳狀液，還可以防止油水混合物進一步乳化，起到降低油水混合物黏度和加速油水分離的作用。

2、反相乳化作用。原油乳狀液是在原油中憎水的乳化劑作用下形成的，俗稱W/O型乳狀液，如環烷酸、瀝青質等。采用親水型的破乳劑可以將乳狀液轉化為O/W型乳狀液，借乳化過程的轉換以及O/W型乳狀液的不穩定性而使油水分離。當破乳劑促使油包水轉相形成水包油型乳狀液時，此時水在外面很容易碰撞聚集成大水滴沉降出來。

3、“潤濕”和“滲透”作用。破乳劑可以溶解吸附在油水界面的膠質、瀝青質、固體粉末等天然乳化劑，防止天然乳化劑構成的界面膜阻礙水滴聚結。如黏土、硫化鐵、鉆井泥漿等固體顆粒具有親水性，破乳劑能把這些固體乳化劑從油水界面拉入水滴內；瀝青質和高熔點蠟晶等具有親油性，破乳劑能讓其離開油水界面進入原油內。這樣，有利于水滴碰撞時的合并，達到水滴下沉的目的。

4、反離子作用。由于原油乳狀液中呈分散相的水滴總是帶負電荷，并在自己的表面上吸附了一部分正離子，使分散相往往帶有正電，因為所帶電荷相同，分散相的水滴之間互相排斥，水滴難于合并。如果在原油中加入離子型的破乳劑，極性相反的離子被吸附在水滴表面并將正電荷中和，使水滴問的靜電斥力減弱，破壞受同性電保護的界面膜，使水滴合并從油中沉降下來。