深层过滤是指当颗粒尺寸小于介质孔道直径时，不能在过滤介质表面形成滤饼, 这些颗粒便进入介质内部，借惯性和扩散作用趋近孔道壁面,并在静电和表面力的作用下沉积下来，从而与流体分离。深层过滤会使过滤介质内部的孔道逐渐缩小，所以过滤介质必须定期更换或再生。用砂滤法过滤饮用水是深层过滤作用的实例。

当气流穿过过滤介质时，主要依靠直接拦截、惯性碰撞和扩散等三种作用原理来过滤空气。