氣相色譜儀利用色譜柱先將混合物分離，然后利用檢測器依次檢測已分離出來的組分。色譜柱的 直徑為數毫米，其中填充有固體吸附劑或液體溶劑，所填充的吸附劑或溶劑稱為固定相。與固定相相對應的還有一個流動相。流動相是一種與樣品和固定相都不發生反應的氣體，一般為氮或氫氣。色譜儀待分析的樣品在色譜柱頂端注入流動相，流動相帶著樣品進入色譜柱，故流動相又稱為載氣。載氣在分析過程中是連續地以一定流速流過色譜柱的；而樣品則只是一次一次地注入，每注入一次得到一次分析結果。 樣品在色譜柱中得以分離是基于熱力學性質的差異。

色譜儀固定相與樣品中的各組分具有不同的親合力(色譜儀對氣固色譜儀是吸附力不同，對氣液分配色譜儀是溶解度不同)。當載氣帶著樣品連續地通過色譜柱時，親合力大的組分在色譜柱中移動速度慢，因為親合力大意味著固定相拉住它的力量大。親合力小的則移動快。4根柱管實際上是一根,只是用來表示樣品中各組分在不同瞬間的狀態。樣品是由A、B、C3個組分組成的混合物。在載氣剛將它們帶入色譜柱時，三者是*混合的，如狀態(Ⅰ)。色譜儀經過一定時間，即載氣帶著它們在柱中走過一段距離后，三者開始分離，如狀態(Ⅱ)。再繼續前進，三者便分離開，如狀態(Ⅲ)和(Ⅳ)。固定相對它們的親合力是A>B>C，故移動速度是C＞B＞A。走在前面的組分 C入緊接在色譜柱后的檢測器，如狀態(Ⅳ)，而后A和B也依次進入檢測器。檢測器對每個進入的組分都給出一個相應的信號。將從樣品注入載氣為計時起點，色譜儀到各組分經分離后依次進入檢測器，檢測器給出對應于各組分的大信號(常稱峰值)所經歷的時間稱為各組分的保留時間tr。實踐證明,在條件(包括載氣流速、固定相的材料和性質、色譜柱的長度和溫度等)一定時,不同組分的保留時間tr也是一定的。因此，反過來可以從保留時間推斷出該組分是何種物質。故保留時間就可以作為色譜儀器實現定性分析的依據。 　　

檢測器對每個組分所給出的信號，在記錄儀上表現為一個個的峰，稱為色譜峰。色譜峰上的值是定性分析的依據，而色譜峰所包羅的面積則取決于對應組分的含量，故峰面積是定量分析的依據。一個混合物樣品注入后，由記錄儀記錄得到的曲線，稱為色譜圖。分析色譜圖就可以得到定性分析和定量分析結果。