三級均質機以高壓往復泵為動力傳遞及物料輸送機構，將物料輸送至工作閥(一級均質閥及二級乳化閥)部分。要處理物料在通過工作閥的過程中，在高壓下產生強烈的剪切、撞擊和空穴作用，從而使液態物質或以液體為載體的固體顆粒得到超微細化。
三級均質機主要由柱塞泵以及與其組合的泵體和均質閥組成。柱塞泵的作用是將一定粘度的液態物料吸入泵體，并對物料加壓。調壓裝置是使物料在特定的壓力下通過均質閥。"均質"是指物料在均質閥中發生的細化和均勻混和的加工過程。
三級均質機屬高功率機械設備，流量二噸的高壓均質機耗能量為45kw，而同樣流量的膠體磨的耗能量只有7.5kw。以加工乳化液為例，行業不同，使用的表面活性劑也各不相同，但有一點是共同的，即乳化液所添加的表面活性劑劑量的多少，取決于乳化過程中所獲得的能量的大小。所獲能量越大，所添加的劑量越少。例如高壓均質機40Mpa壓力下加工乳化劑時，添加活性劑的劑量為0.25%。應用其它均質器械，如用膠體磨加工乳化液，由于從膠體磨獲得的能量小得多，因此，添加劑的劑量必須在2.25%，二者之差近乎于一個數量級。
三級均質機主要的優缺點
相對于離心式分散乳化設備(如膠體磨、高剪切混合乳化機等)），高壓均質機的特點是細化作用更為強烈。這是因為工作閥的閥芯和閥座之間在初始位是緊密貼合的，只是在工作時被料液強制擠出了一條狹縫；而離心式乳化設備的轉定子之間為滿足高速旋轉并且不產生過多的熱量，必然有較大的間隙(相對均質閥而言)；同時，由于均質機的傳動機構是容積式往復泵，所以從理論上說，均質壓力可以無限地提高，而壓力越高，細化效果就越好。
三級均質機的細化作用主要是利用了物料間的相互作用，所以物料的發熱量較小，因而能保持物料的性能基本不變。
三級均質機能定量輸送物料，因為它依靠往復泵送料。
三級均質機耗能較大。
三級均質機的易損件較多，維護工作量較大，特別在壓力很高的情況下。
三級均質機不適合于粘度很高的情況。
