用离心方法分离生物大分子和亚细胞物质的基本原理是根据它们在液体介质中或者沉降速度不同而形成不同的区带，或者它们的密度不同而停留在液体介质中不同的位置而把它们一一分开。前者是沉降速度法，应用该法时液体介质的最大密度要小于样品中最小颗粒的密度，离心时选用高转速和短时间;后者是沉降平衡法，应用该法时液体介质的最大密度要大于样品中最小颗粒的密度，离心时选用较低转速和较长时间。实际操作有几种形式：
差速离心
这种方法是选择不同转速的离心，分别分离各个不同组分。例如先用低速沉降大颗粒和上清液，在高速离心上清沉降中等颗粒，最后超速离心上清沉降小颗粒。采用逐级提高离心力分离上情液的方法，把不同大小的颗粒分开。
这种方法比较简单，方便。分离的组份沉到管底，因此可以迅速浓缩所要的组份，减少体积。但回收率和纯度是有矛盾的，要提高回收率，势必提高转速或延长离心时间，这样大小相近的颗粒也会沉到管底。因此该法多用于粗提纯或初步浓缩样品。
速度区带(或速度梯度)离心
本法是将样品放在一个连续的密度梯度液体上，通过离心，大颗粒沉降快，小颗粒沉降慢。经过一段时间，相同的颗粒就在同一深度
形成一条带子，因此把各种组份分开来。它适用于分离密度相同、而大小不同的物质，如不同的蛋白质组份密度都差不多，但分子量不一样，用本法很容易将其分开。但对密度不同、大小类似的物质则不易分离。
蔗糖梯度是一种常用的介质。用不同浓度的蔗糖溶液(5%-60%)配成梯度，用于梯度离心。再分别进行收集处于不同区带里的各个组份。
沉降平衡离心
这是静力学的方法。在离心管中形成一个液体梯度，在离心时各组份以不同的速度下沉，但最终停留在与自己相同的密度中，形成一条狭窄的平衡带，并保持相对的稳定。为了使样品所有组份都能达到它们的平衡位置，需要长时间离心。这种方法适用于分离大小相似但密度不同的物质，如核酸的分离。氯化铯梯度是常用于平衡离心的介质，分辨率很高，可区别密度相差0.05的组分，但离心时间需十几到几十小时，且价格很贵。现在已有一种商品名叫"Percoll"的聚蔗糖溶液可以代替氯化铯梯度。该介质能迅速形成梯度，使离心时间大大缩短到1-2h而仍有很好的分离效果。并且有配套的标记珠(Densitymarkerbeads)可以测定样品的密度。