待分析的樣品在汽化室汽化后，由惰性氣體（即載氣，一般為N2、He等）帶入色譜柱，色譜柱內裝有液體或固體固定相。由于樣品中各組分的沸點或吸附性能不同，各組分在流動相和固定相之間趨于形成分布或吸附平衡。然而，由于載氣是流動的，這種平衡實際上很難建立。也正是由于載氣的流動，樣品組分在運動過程中反復分布或吸附/解吸。因此，載氣中分布濃度高的組分先流出色譜柱，固定相中分布濃度高的組分后流出。
當組分流出色譜柱時，它們立即進入檢測器。檢測器可以將樣品成分的存在與否轉換成電信號，電信號的大小與被測成分的量或濃度成正比。當這些信號被放大和記錄時，它們包含了色譜的所有原始信息。當沒有組分流出時，色譜圖的記錄就是檢測器的背景信號，即色譜圖的基線。
