離心分離機主要用於將懸浮液中的固體顆粒與液體分開；或將乳濁液中兩種密度不同，又互不相溶的液體分開（例如從牛奶中分離出奶油）；
它也可用於排除濕固體中的液體，例如用洗衣機甩乾濕衣服；特殊的超速管式分離機還可分離不同密度的氣體混合物，例如濃縮、分離氣態六氟化鈾；
利用不同密度或粒度的固體顆粒在液體中沉降速度不同的特點，有的沉降離心機還可對固體顆粒按密度或粒度進行分級。
離心分離機大量應用於化工、石油、食品、製藥、選礦、煤炭、水處理和船舶等部門。
中國古代，人們用繩索的一端系住陶罐，手握繩索的另一端，旋轉甩動陶罐，產生離心力擠壓出陶罐中漿果的汁液，這就是離心分離原理的早期應用。
工業離心機誕生於歐洲，比如19世紀中葉，先後出現紡織品脫水用的三足式離心機，和製糖廠分離結晶砂糖用的上懸式離心機。這些最早的離心機都是間歇操作和人工排渣的。
由於卸渣機構的改進，20世紀30年代出現了連續操作的離心機，間歇操作離心機也因實現了自動控制而得到發展。
1879年，瑞典的拉瓦爾發明第一台從牛奶中分離奶油的分離機，它的轉鼓僅是一個空心的圓筒。後來轉鼓內增加了軸向疊置的圓錐形碟片，使分離效果顯著改善，並增大了處理能力，這一技術進展導致碟式分離機迅速發展。
離心分離機的轉速則逐漸由低速向高速發展，轉鼓直徑也逐漸增大，改善了分離效果，提高了處理能力。
