色譜法的應用可以根據目的分為制備性色譜和分析性色譜兩大類。
制備性色譜的目的是分離混合物，獲得一定數量的純凈組分，這包括對有機合成產物的純化、天然產物的分離純化以及去離子水的制備等。相對于色譜法出現之前的純化分離技術如重結晶，色譜法能夠在一步操作之內完成對混合物的分離，但是色譜法分離純化的產量有限，只適合于實驗室應用。
分析性色譜的目的是定量或者定性測定混合物中各組分的性質和含量。定性的分析性色譜有薄層色譜、紙色譜等，定量的分析性色譜有氣相色譜、高效液相色譜等。色譜法應用于分析領域使得分離和測定的過程合二為一，降低了混合物分析的難度縮短了分析的周期，是比較主流的分析方法。在中華人民共和國藥典中，共有超過約600種化學合成藥和超過約400種中藥的質量控制應用了高效液相色譜的方法。