二維聚丙烯酰胺凝膠電泳技術結合了等電聚焦技術（根據蛋白質等電點進行分離）以及SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳技術（根據蛋白質的大小進行分離）。這兩項技術結合形成的二維電泳是分離分析蛋白質最有效的一種電泳手段。
通常第一維電泳是等電聚焦，在細管中（φ1～3 mm）中加入含有兩性電解質、8M的脲以及非離子型去污劑的聚丙烯酰胺凝膠進行等電聚焦，變性的蛋白質根據其等電點的不同進行分離。而后將凝膠從管中取出，用含有SDS的緩沖液處理30 min，使SDS與蛋白質充分結合。
將處理過的凝膠條放在SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳濃縮膠上，加入丙烯酰胺溶液或熔化的瓊脂糖溶液使其固定并與濃縮膠連接。在第二維電泳過程中，結合 SDS的蛋白質從等電聚焦凝膠中進入SDS－聚丙烯酰胺凝膠，在濃縮膠中被濃縮，在分離膠中依據其分子量大小被分離。
這樣各個蛋白質根據等電點和分子量的不同而被分離、分布在二維圖譜上。細胞提取液的二維電泳可以分辨出1000～2000個蛋白質，有些報道可以分辨出5000～10000個斑點，這與細胞中可能存在的蛋白質數量接近。由于二維電泳具有很高的分辨率，它可以直接從細胞提取液中檢測某個蛋白.
