干冰清洗机的工作原理与喷钢砂、喷塑料砂及喷苏打相似，在干冰清洗作业时喷射介质干冰颗粒在高压气流中加速，通过喷嘴喷出，冲击待清洗表面。干冰清洗的独特之处在于干冰颗粒在冲击瞬间气化。干冰的动量在冲击瞬间消失。干冰颗粒与清洗表面间迅速发生热交换，致使固体CO2(二氧化碳)迅速升华变为气体。
 
干冰与其它喷射介质不同，干冰颗粒的特点是温度极低(-78℃)，当其气化后会吸收大量热量。这种低温效果使干冰清洗机具有独特的热力学特性，从而影响粘附污垢的机械性能。由于干冰颗粒与清洗表面间的温度相差很大，所以会发生热冲击现象。污垢层的温度降低后，脆性就会增大，随后干冰颗粒就能将污垢层冲击破碎。
 
干冰颗粒在千分之几秒内体积膨胀近800倍，这样在冲击点造成“微型爆炸”，将污垢层吹扫剥离。

具有不同热膨胀系数的两种不同材料，其之间的温度差会破坏两种材料间的结合。例如：在金属物质上清除非金属污垢时，这样的热冲击现象非常明显。由于CO2(二氧化碳)挥发掉了，干冰清洗过程中没有产生任何二次废物，留下需要清理的只是清除下来的污垢。即使在很高的速度下直接冲击清洗表面，干冰与沙粒相比，动能冲击也很小，这是因为干冰硬度不大，而且又是在冲击瞬间气化，所以不会对被清洗表面造成损伤。
 
由于没有磨损，干冰清洗机可以被广泛用于各种材料的清洗上。