L'élément filtrant est la pièce maîtresse du séparateur air-huile. Généralement, les séparateurs air-huile de haute qualité sont équipés d'un élément filtrant dont la durée de vie peut atteindre plusieurs milliers d'heures. Ce type de séparateur garantit ainsi un rendement élevé du compresseur d'air. L'air comprimé peut contenir de nombreuses microgouttelettes d'huile d'un diamètre inférieur à 1 µm. Toutes ces gouttelettes sont filtrées par l'élément filtrant en fibre de verre. Sous l'effet de la diffusion au sein du matériau filtrant, elles se condensent rapidement en gouttelettes plus grosses. Ces dernières s'accumulent au fond par gravité, puis sont acheminées vers le système de lubrification par le tuyau de retour d'huile. Par conséquent, l'air comprimé rejeté par le compresseur est pur et exempt de toute trace d'huile.
Contrairement aux microgouttelettes d'huile, les particules solides présentes dans l'air comprimé restent piégées dans la couche filtrante, ce qui entraîne une augmentation constante de la pression différentielle. Lorsque cette pression différentielle atteint 0,08 à 0,1 MPa, il est nécessaire de remplacer l'élément filtrant. Dans le cas contraire, les coûts d'exploitation du compresseur d'air augmentent considérablement.