等離子體與材料表面發生反應是等離子清洗的主要機理，其中反應大致可分為兩種：一種是氣體電離產生的自由基活性粒子與材料表面污染物發生化學反應；另一種是電離產生的正離子和電子轟擊材料表面發生使污染物從材料表面脫落的物理反應。
根據反應機理，氣體有兩種分類，一種是反應性氣體（化學作用），主要是氫氣、氧氣等；另一類是非反應性氣體（物理作用），主要有氬氣、氦氣、氮氣。反應性氣體以化學反應為主，電離后自由基與表面污染物發生化學反應，生產易揮發物質被排走，達到清洗的目的，氫氣主要利用其還原作用，與被清洗件表面污染物發生反應，典型的如金屬表面的氧化物清洗；而氧氣主要利用其氧化作用，典型的如清除零件表面的有機物等。
非反應性氣體電離后主要靠離子的物理轟擊作用，去除污染物，有些氣體在清洗的同時還可以使材料表面性質發生變化，例如氮氣等離子可以改善金屬材料的硬度和耐磨性。另兩種常用的氣體是氬氣和氦氣，具有擊穿電壓低、等離子穩定等優點，其中氬原子的電離能為15.75eV，氬等離子中含有大量的亞穩態的原子，是理想的物理反應氣體。
與濕法清洗工藝相比，等離子清洗不需要后期的烘干過程，也無廢水處理的要求，是一種經濟、高效、環保的清洗方法。在完成清洗去污的同時，還能改變材料本身的表面性能,如提高表面的潤濕性能,改善膜的附著力等。