化學發光免疫分析包含兩個部分，即免疫反應系統和化學發光分析系統。化學發光分析系統是利用化學發光物質經催化劑的催化和氧化劑的氧化，形成一個激發態的中間體，當這種激發態中間體回到穩定的基態時，同時發射出光子(hM)，利用發光信號測量儀器測量光量子產額。免疫反應系統是將發光物質(在反應劑激發下生成激發態中間體)直接標記在抗原(化學發光免疫分析)或抗體(免疫化學發光分析)上，或酶作用于發光底物。
化學發光免疫分析根據其所采用的標記物的不同可分為發光物標記、酶標記和元素標記化學發光免疫分析三大類。發光物標記的CLIA是以發光物質代替放射性核素或酶作為標記物(如吖啶酯)，在反應體系中發光物質在堿性介質中氧化時釋放大量自由能，產生激發態的中問體，該激發態的中間體由最低振動能級回到穩定的基態，各個振動能級產生輻射時，同時產生能量，多余的能量即為發射光子，從而產生發光現象。利用發光信號的測量儀器，分析接收的光量子產額，通過計算機系統轉換成被測物質的濃度單位。在此系統中包含兩個部分，化學發光反應系統和免疫反應系統，即在抗原一抗體特異性反應過程中，伴隨有化學反應過程而產生光的發射現象。化學反應系統中以化學反應為基礎，化學發光的首要條件是吸收了化學能而處于激發態的分子或原子必須能釋放出光子或者能將能量轉移到另一個物質的分子上并使這種分子激發，當這種分子回到基態時釋放出光子。
化學發光與熒光的根本區別是形成激發態分子的激發能原理不同。熒光是發光物質吸收了激發光后使分子產生發射光；化學發光是化學反應過程中所產生的化學能使分子激發產生的發射光。因此，化學發光反應過程必須產生足夠的激發能是產生發光效應的重要條件。化學發光反應可在氣相、液相或固相反應體系中發生，以液相發光在免疫學檢測中最常應用。