离心分离机是利用离心力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械，又称离心机。
离心分离机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开;或将乳浊液中两种密度不同，又互不相溶的液体分开(例如从牛奶中分离出奶油);它也可用于排除湿固体中的液体，例如用洗衣机甩干湿衣服;特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物，例如浓缩、分离气态六氟化铀;利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点，有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。离心分离机大量应用于化工、石油、食品、制药、选矿、煤炭、水处理和船舶等部门。
中国古代，人们用绳索的一端系住陶罐，手握绳索的另一端，旋转甩动陶罐，产生离心力挤压出陶罐中浆果的汁液，这就是离心分离原理的早期应用。
工业离心机诞生于欧洲，比如19世纪中叶，先后出现纺织品脱水用的三足式离心机，和制糖厂分离结晶砂糖用的上悬式离心机。这些最早的离心机都是间歇操作和人工排渣的。
由于卸渣机构的改进，20世纪30年代出现了连续操作的离心机，间歇操作离心机也因实现了自动控制而得到发展。
1879年，瑞典的拉瓦尔发明第一台从牛奶中分离奶油的分离机，它的转鼓仅是一个空心的圆筒。后来转鼓内增加了轴向叠置的圆锥形碟片，使分离效果显著改善，并增大了处理能力，这一技术进展导致碟式分离机迅速发展。离心分离机的转速则逐渐由低速向高速发展，转鼓直径也逐渐增大，改善了分离效果，提高了处理能力。
工业用离心分离机按结构和分离要求，可分为过滤离心机、沉降离心机和分离机三类。分离机仅适用于分离低浓度悬浮液和乳浊液，包括碟式分离机、管式分离机和室式分离机。
离心分离机有一个绕本身轴线高速旋转的圆筒，称为转鼓，通常由电动机驱动。悬浮液(或乳浊液)加入转鼓后，被迅速带动与转鼓同速旋转，在离心力作用下各组分分离，并分别排出。通常，转鼓转速越高，分离效果也越好。
离心分离机的作用原理有离心过滤和离心沉降两种。离心过滤是使悬浮液在离心力场下产生的离心压力，作用在过滤介质上，使液体通过过滤介质成为滤液，而固体颗粒被截留在过滤介质表面，从而实现液-固分离;离心沉降是利用悬浮液(或乳浊液)密度不同的各组分在离心力场中迅速沉降分层的原理，实现液-固(或液-液)分离。
还有一类实验分析用的分离机，可进行液体澄清和固体颗粒富集，或液-液分离，分离粒度达0.1～0.5微米。比如常用的试管分离机，其转速为3000～20000转/分，装等量料液的玻璃试管对称插入摆架或角形转子的凹穴中，在离心力作用下料液在试管内沉降分层。超高速分析用分离机采用小直径沉降转鼓。这类分离机有常压、真空、冷冻条件下操作的不同结构型式。
衡量离心分离机分离性能的重要指标是分离因数。它表示被分离物料在转鼓内所受的离心力与其重力的比值，分离因数越大，通常分离也越迅速，分离效果越好。工业用离心分离机的分离印数一般为100～20000，超速管式分离机的分离印数可高达62000，分析用超速分离机的分离印数最高达610000。决定离心分离机处理能力的另一因素是转鼓的工作面积，工作面积大处理能力也大。