HEPA高效过滤器的工作原理基于纤维过滤理论。其核心部件是由一叠连续前后折叠的亚玻璃纤维膜构成，形成波浪状垫片，这种结构大大增加了过滤面积，提高了过滤效率。当空气通过HEPA过滤器时，空气中的微粒物会与纤维表面通过拦截、惯性撞击、扩散吸附和重力沉降等机制发生作用，从而被捕获并固定在纤维上，而清洁的空气则顺利通过。
HEPA过滤器的核心组成部分是滤材，组成HEPA的材料有很多种，可以分为PP（聚丙烯）高效滤纸、PET滤纸、PP和PET复合高效滤纸以及玻纤高效滤纸。PP高效滤纸是以聚丙烯为原料经专用热熔法制成的新型过滤材料，产品耐酸碱、耐腐蚀、熔点高、性能稳定、无毒、无味、分布均匀，具有低阻、高效、高强度、环保等特点。PET滤纸是采用涤纶树脂等材料熔喷而制成的，硬度高、挺度好、耐腐蚀、耐高温、性能稳定，常用在扫地机、吸尘器等过滤精度要求不高的家用电器或者大型清洁机器上面。复合滤纸简单说就是熔喷一层PP，然后再熔喷一层PET，这样就整合了PP和PET的特点点：容易成型，确保过滤精度；既有挺度，又能确保高精度过滤效果。
在结构方面，无隔板过滤器不仅消除了分隔板损坏过滤介质的危险，而且有效地增加了过滤面积，提高了过滤效率，并降低了气流阻力。微细玻璃纤维过滤介质是过滤器介质的主要选择，但膜和静电增强介质已向该领域渗透，并获得部分应用。