Beim Trockeneisstrahlen greifen drei Effekte ineinander und sorgen so für eine gründliche und zugleich schonende Reinigungswirkung.
Trockeneispartikel werden im Druckluftstrahl der Strahlpistole bis auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt. Auf der zu reinigenden Oberfläche treffen diese Partikel mit so hoher Bewegungsenergie auf, dass sie dort die Schmutzschicht aufbrechen.
Die sehr niedrige Temperatur des Trockeneises (–78°C) kühlt die zu reinigende Oberfläche stark ab, dabei wird die äußere Schmutzschicht deutlich schneller abgekühlt als die darunterliegende Oberfläche des Bauteils. Das führt zu Spannungen und letztlich zur Rissbildung in der Schmutzschicht. Die nachfolgenden Trockeneispartikel dringen in diese Risse ein.
Die in die Schmutzschicht eingedrungenen Trockeneispartikel ändern ihren Aggregatzustand direkt von fest zu gasförmig. Dabei vergrößert sich das Volumen um das 700-fache. Diese enorme Volumenvergrößerung kommt einer kleinen Explosion gleich: Die Verschmutzung wird so kontrolliert „abgesprengt“, durch den Druckluftstrahl weggeblasen und fällt nach unten. Das gasförmige Trockeneis vermischt sich als CO2 mit der Luft.
Zurück bleibt lediglich die losgelöste Verschmutzung. Sie kann in der Regel ohne größeren Aufwand abgesaugt oder zusammengekehrt und entsorgt werden. Die Entsorgung von problematischen Reinigungsmitteln, Strahlmitteln oder ähnlichem entfällt vollkommen.
Neben den drei Haupteffekten gibt es eine Reihe von Nebeneffekten und Besonderheiten, die bei geschickter Anwendung das Reinigungsergebnis erheblich verbessern können. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Temperatur des zu reinigenden Werkstücks: Während des Trockeneisstrahlens kommt es an der Oberfläche zu einem kurzfristigen Temperaturabfall und Temperaturdifferenzen. Je höher diese Temperaturdifferenzen sind, desto besser ist der Reinigungseffekt. Je höher diese Temperaturdifferenzen sind, d.h. je höher die Ausgangstemperatur des Werkstückes liegt, desto besser ist der Reinigungseffekt. Anwendung findet dieser Effekt beispielsweise bei der Gussformenreinigung. Grenzen findet eine Vortemperierung der Schädigung der Bauteile durch zu hohe Temperaturspannungen, etwa bei Fensterglas.