物理法是基于重力作用之下，依靠油与水的密度差别对乳化液废水中的游离态油和分散油(或悬浮油)进行与水相分离的方法。物理法通常不能将乳化液废水中的乳化油与溶解油从水相中分离出来。物理法根据其在油水分离的具体操作过程中的不同实现形式分类为浮上、机械、离心及过滤四种分离方法：浮上分离使乳化液废水中的游离态油或分散油(或悬浮油)与水分离的过程，是废水中的油滴依靠浮力逐渐上浮于水面从而使油水分层的过程，油水密度差、油粘度、废水粘度、上浮油滴直径等影响油滴上浮速度的因素之间的关系遵循斯托克斯的颗粒上浮定律(论及)，工业上浮上分离的运用借助于平流式(API)、平板式(PPI)、斜板式(TPI)三种隔油池为炼油厂所广泛采用;机械分离法解决了隔油池占地面积大的缺点，借助分离设备使乳化液废水在其中局部形成涡流，使油滴粒径增大，降低油滴在分离器中的停留时间，提高分离效率;离心分离是借助离心分离器高速旋转产生的离心力使密度较水小的油滴向分离器内圈移动聚集成油珠上浮分离，超高速离心机可分离乳化液废水中的乳化油;过滤又包括砂滤法、层滤法及膜滤法，砂滤通常用于截除废水中悬浮油或极少量溶解的有机物。