潔凈實驗室通過使用HEPA（High Efficiency Particulate Air filter）或ULPA（Ultra Low Penetration Air Filter）過濾器，采用層流（單向流Laminar flow）或湍流（Swift current亂流，非單向流）氣流原理，來控制空氣中的顆粒。

層流或單向氣流系統將過濾的空氣以恒定的流向下或水平方向引導到位于潔凈實驗室地板附近墻壁上的過濾器，或通過凸起的穿孔地板進行再循環。層流空氣流動系統通常在潔凈實驗室天花板的80%上使用，以保持恒定的空氣。不銹鋼或其他非脫落材料用于構造層流空氣流動過濾器和罩，以防止多余的顆粒進入空氣。

湍流，或非單向空氣流動使用層流空氣流動罩和非特定速度過濾器來保持潔凈實驗室中的空氣在恒定的運動，盡管不是所有的方向相同。粗糙的空氣試圖捕獲可能存在于空氣中的顆粒，并將它們驅趕到地板上，在地板上它們進入過濾器并離開潔凈室環境。

有的地方也會增加矢量潔凈實驗室：在房間的側上角送風，采用扇形高效過濾器，也可以用普通高效過濾器配扇形送風口，在另一側的下部設回風口，房間的高長比一般在0.5~1之間為宜。這種潔凈實驗室也可以達到5級（100級）潔凈度。

潔凈的房間需要大量的空氣，并且通常在一個可控的溫度和濕度下。為了減少改變環境溫度或濕度的費用，大約80%的空氣會再循環（如果產品特性允許），循環的氣體會先通過過濾系統去除微粒污染，同時保持合適溫度和濕度，在通過潔凈室。空氣中的微粒（污染物）要么漂浮在周圍。大多數空氣中的微粒會慢慢沉降，沉降速率取決于它們的大小。一個設計良好的空氣處理系統應該將新鮮的和再循環的過濾后的潔凈空氣一起輸送到潔凈室中，在一起把顆粒從潔凈實驗室帶走。

根據操作對象的不同，從室內取出的空氣通常通過空氣處理系統再循環，在空氣處理系統中過濾器去除微粒。如果工藝、原料或產品含有大量水分、有害蒸汽或氣體就不能再循環回至室內了，這種空氣通常被排出到大氣中，然后100%的新鮮空氣被吸到潔凈室系統中，處理后到潔凈實驗室內。

進入潔凈實驗室的空氣量是嚴格控制的，被排出的空氣量也是嚴格控制的。大多數潔凈實驗室是加壓運行的，通過將比從潔凈室排出的空氣供應量更高的空氣供應量進入潔凈室來實現的。較高的壓力會導致空氣從門下或通過任何潔凈室不可避免的微小裂縫或縫隙泄漏出去。

良好的潔凈實驗室設計的關鍵是空氣引入（供給）和排出（排氣）的適當位置。在布置潔凈室時，應優先考慮送風和排風（回風）格柵的位置。進口（天花板）和回風格柵（在較低的位置）應位于潔凈室的相對側。如果需要保護操作員不受產品的影響，則風流應遠離操作員。

美國FDA和歐盟為微生物污染制定了非常嚴格的指導方針和限值，也可以使用空氣處理器和風扇過濾單元之間的增壓室以及粘性墊。對于需要A級空氣的無菌室，氣流是從上到下的，并且是單向的或層流的，保證空氣在接觸產品之前未受到污染。