Πολλοί καθαριστές αέρα χρησιμοποιούν φίλτρα σωματιδίων αέρα υψηλής απόδοσης, γνωστά και ως φίλτρα HEPA, ως κύρια συστήματα φιλτραρίσματος. Οι καθαριστές αέρα που χρησιμοποιούν φίλτρα HEPA μειώνουν την ποσότητα των αλλεργιογόνων, της σκόνης και των μικροσκοπικών σωματιδίων στον αέρα. Τα φίλτρα HEPA είναι γνωστά για την αποτελεσματικότητά τους στη σύλληψη αυτών των αιωρούμενων σωματιδίων. Ένας πραγματικός καθαριστής αέρα HEPA χαρακτηρίζεται συνήθως για την αφαίρεση του 99.97% των αιωρούμενων σωματιδίων.
Τα φίλτρα HEPA εφευρέθηκαν για να χρησιμοποιηθούν σε καθαριστές αέρα. Οι επιστήμονες στο Manhattan Project δημιούργησαν το σύστημα φιλτραρίσματος HEPA κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1940 για να αφαιρέσουν τα ραδιενεργά σωματίδια από τον αέρα στα εργαστήρια. Τα φίλτρα έχουν βελτιωθεί σε κάποιο βαθμό με τα χρόνια και πλέον χρησιμοποιούνται σε καθαριστές σε καθαρά δωμάτια, νοσοκομεία και αεροπλάνα καθώς και σε σπίτια και επιχειρήσεις.
Υπάρχουν δύο επίπεδα φιλτραρίσματος HEPA στους καθαριστές αέρα. Πρώτον είναι το πραγματικό επίπεδο HEPA ή το απόλυτο επίπεδο HEPA, το οποίο πιάνει το 99.97% όλων των σωματιδίων που είναι 0.03 micron ή μεγαλύτερα. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, αυτά τα φίλτρα πρέπει να περάσουν από μια διαδικασία δοκιμής για να διαπιστωθεί εάν έχουν αυτό το επίπεδο αποτελεσματικότητας προκειμένου να πιστοποιηθούν ως αληθινά φίλτρα HEPA. Τα αληθινά φίλτρα HEPA έχουν συνήθως έναν σειριακό αριθμό που σημαίνει ότι πέρασαν τη διαδικασία δοκιμής.
Το δεύτερο επίπεδο αποτελεσματικότητας ενός φίλτρου HEPA είναι το φίλτρο τύπου HEPA ή τύπου HEPA. Αυτά είτε δεν έχουν περάσει από την πραγματική δοκιμή HEPA είτε δεν πληρούν τις αυστηρές απαιτήσεις του. Αυτά τα φίλτρα είναι συνήθως 85% έως 90% αποτελεσματικά στην απομάκρυνση των σωματιδίων του αέρα.
Το φίλτρο σε έναν καθαριστή αέρα HEPA είναι συνήθως ένα διπλωμένο με ακορντεόν φύλλο υλικού φιλτραρίσματος ποιότητας HEPA. Υπάρχουν τρεις κύριοι τρόποι με τους οποίους αυτό το υλικό σε έναν καθαριστή αέρα HEPA συλλαμβάνει σωματίδια. Πρώτον, παγιδεύονται τα μεγαλύτερα σωματίδια, με τον ίδιο περίπου τρόπο που ένα σουρωτήρι παγιδεύει τα φύλλα του τσαγιού αλλά επιτρέπει στο υγρό τσάι να περάσει μέσα. Αυτή η διαδικασία φιλτραρίσματος ονομάζεται παρεμπόδιση και είναι κοινή στα περισσότερα συστήματα φιλτραρίσματος αέρα.
Σε αντίθεση με πολλά άλλα φίλτρα, τα φίλτρα HEPA δεν παγιδεύουν απλώς σωματίδια μεγαλύτερα από τις μικρότερες οπές του φίλτρου. Ο δεύτερος τρόπος διήθησης σε έναν καθαριστή αέρα HEPA ονομάζεται πρόσκρουση. Το Impaction χρησιμοποιεί την κυκλική ροή αέρα σε ένα φίλτρο HEPA για να προωθήσει τα σωματίδια στις ίνες. Καθώς ο αέρας περνά μέσα από το ινώδες φύλλο, μετατοπίζεται και κινείται για να βρει το δρόμο του. Τα σωματίδια ακολουθούν το ρεύμα και συχνά παγιδεύονται στη διαδικασία.
Η τρίτη διαδικασία φιλτραρίσματος που χρησιμοποιείται από έναν καθαριστή αέρα HEPA, που ονομάζεται διάχυση, συλλαμβάνει τα μικρότερα σωματίδια, κυρίως αυτά με μέγεθος 0.1 micron. Αυτά τα σωματίδια είναι τόσο μικρά που αλληλεπιδρούν με τα ρεύματα αέρα σε μοριακό επίπεδο. Πιάζονται καθώς τρέχουν σε μόρια αέρα, αναπηδούν και χτυπούν τις ίνες του φίλτρου.