差速离心法原理是：物体围绕中心轴旋转时会受到离心力F的作用。当物体的质量为M、体积为V、密度为D、旋转半径为r、角速度为（弧度数/秒）时，可得：F=Mω2r或者F=V.D.ω2r上述表明：被离心物质所受到的离心力与该物质的质量、体积、密度、离心角速度以及旋转半径呈正比关系。
离心力越大，被离心物质沉降得越快。在离心过程中，被离心物质还要克服浮力和摩擦力的阻碍作用。浮力F}和摩擦力F}}分别由下式表示：F’=V.D’.ω2r（2）F’’=fdr/dt（3）其中D}为溶液密度，f为摩擦系数，dr/dt为沉降速度。
在一定条件下，可有：F=F’+F’’V.D.ω2r=V.D’ω2r+f.dr/dtdr/dt=Vω2r(D-D’)/f(4)式(4)表明，沉降速度与被离心物质的体积、密度差呈正比，与f成反比。若以S表示单位力场（ω2r=1）下的沉降速度，则S=V(D-D’)/fS即为沉降系数。
沉降系数对于生物大分子来说，多数在(1~500)×10-13秒之间。为应用方便起见，人们规定1×10-13秒为一个单位（或称1S）。一般单纯的蛋白质在1~20S之间，较大核酸分子在4~100S之间，更大的亚细胞结构在30～500S之间。
