色谱仪的原理基于混合物中各组分的物理化学性质的差异，如沸点、极性及吸附性质的不同。在气相色谱仪（GC）中，样品在汽化室汽化后被载气（如氮气、氦气）带入色谱柱。色谱柱内含有固定相，可以是液体或固体。样品中的各组分因沸点、极性或吸附能力的不同，在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡。由于载气的流动，样品组分在运动中进行反复多次的分配或吸附/解附过程。这样，不同组分按照在载气中分配浓度的大小先后流出色谱柱。流出后的组分进入检测器，检测器将组分的存在转变为电信号，电信号的大小与被测组分的量或浓度成比例，从而记录下色谱图。

高效液相色谱仪（HPLC）则主要用于分析高沸点、不易挥发、受热不稳定和分子量大的有机化合物。在HPLC中，流动相（通常是液体）将样品溶液带入色谱柱（固定相）内。样品溶液中的各组分在流动相和固定相中具有不同的分配系数，在两相中做相对运动时，经过反复多次的吸附-解吸的分配过程，各组分在移动速度上产生差别，被分离成单个组分依次从柱内流出。通过检测器时，样品浓度被转换成电信号传送到记录仪，数据以图谱形式打印出来