其工作原理是：在軋制過程中，由于軋制力的作用，迫使輥軸軸頸發生移動，油膜軸承中心與軸頸的中心產生偏心，使油膜軸承與軸頸之間的間隙形成了兩個區域，一個叫發散區(沿軸頸旋轉方向間隙逐漸變大），另一個叫收斂區（沿軸頸旋轉方向逐漸減小）。當旋轉的軸頸把有粘度的潤滑油從發散區帶入收斂區，沿軸頸旋轉方向軸承間隙由大變小，形成一種油楔，使潤滑油內產生壓力。油膜內各點的壓力沿軋制方向的合力就是油膜軸承的承載力。當軋制力大于承載力時，軸頸中心與油膜軸承中心之間的偏心距增大。在收斂區內軸承間隙沿軸頸旋轉方向變陡，最小油膜厚度變小，油膜內的壓力變大，承載力變大，直至與軋制力達到平衡，軸頸中心不再偏移，油膜軸承與軸頸完全被潤滑油隔開，理論上形成了全流體潤滑。

從油膜軸承的工作原理可知道油膜軸承系統內的一個最重要的參數就是最小油膜厚度。如果最小油膜厚度值太小，而潤滑油中的金屬雜質顆粒過大，金屬顆粒的外形尺寸在數值上大于最小油膜厚度時，金屬顆粒隨潤滑油通過最小油膜厚度處時，就像造成金屬接觸，嚴重時就會燒瓦。另外如果最小油膜厚度值太小，當出現堆鋼等事故時，很容易造成軸頸和油膜軸承的金屬接觸而導致燒瓦。最小油膜厚度值的大小與油膜軸承的結構尺寸及材料、相關零件的加工精度及油膜軸承系統的安裝精度、潤滑油及軋制力的大小等有關。