化學發光是物質在進行化學反應過程中伴隨的一種光輻射現象，可以分為直接發光和間接發光。直接發光是最簡單的化學發光反應，有兩個關鍵步驟組成：即激發和輻射。如A、B兩種物質發生化學反應生成C物質，反應釋放的能量被C物質的分子吸收并躍遷至激發態C*，處于激發的C*在回到基態的過程中產生光輻射。這里C*是發光體，此過程中由于C直接參與反應，故稱直接化學發光。間接發光又稱能量轉移化學發光，它主要由三個步驟組成：首先反應物A和B反應生成激發態中間體C*（能量給予體）；當C*分解時釋放出能量轉移給F（能量接受體），使F被激發而躍遷至激發態F*；最后，當F*躍遷回基態時，產生發光。
化學發光免疫分析的四種類型: （一）化學發光酶免疫測定 化學發光酶免疫測定（CLEIA）是采用化學發光劑作為酶反應底物的酶標記免疫測定。經過酶和發光兩級放大，具有很高的靈敏度。以過氧化物酶為標記酶、以魯米諾為發光底物、并加入發光增強劑以提高敏感度和發光穩定性。應用的標記酶也可以為堿性磷酸酶，發光底物為dioxetane磷酸酯，固相載體為磁性微粒。 （二）化學發光免疫測定 化學發光免疫測定（CLIA），是用化學發光劑直接標記抗原或抗體的一類免疫測定方法。吖啶酯是較為理想的發光底物，在堿性環境中即可被過氧化氫氧化而發光。 用作標記的化學發光劑應符合以下幾個條件： 1.能參與化學發光反應。 2.與抗原或抗體偶聯后能形成穩定的結合物試劑。 3.偶聯后仍保留高的量子效應和反應動力。 4.應不改變或極少改變被標記物的理化特性，特別是免疫活性。 魯米諾類和吖啶酯類發光劑等均是常用的標記發光劑。 （三）微粒子化學發光免疫分析 該免疫分析技術有兩種方法：一是小分子抗原物質的測定采用競爭法；二是大分子的抗原物質測定采用雙抗體夾心法。該儀器所用固相磁粉顆粒極微小，其直徑僅1.0μm，這樣大大增加了包被表面積，增加抗原或抗體的吸附量，使反應速度加快，也使清洗和分離更簡便。其反應基本過程：（1）競爭反應：用過量包被磁顆粒的抗體，與待測的抗原和定量的標記吖啶酯抗原同時加入反應杯溫育，其免疫反應的結合形式有兩種，一是標記抗原與抗體結合成復合物；二是測定抗原與抗體的結合形式。（2）雙抗體夾心法：標記抗體與被測抗原同時與包被抗體結合成一種反應形式，即包被抗體-測定抗原-發光抗體的復合物。 （四）電化學發光免疫測定 電化學發光免疫測定（ECLI）是一種在電極表面由電化學引發的特異性發光反應，包括電化學和化學發光兩個部分。分析中應用的標記物為電化學發光的底物三聯吡啶釕或其衍生N-羥基琥珀酰胺（NHS）酯，可通過化學反應與抗體或不同化學結構抗原分子結合，制成標記的抗體或抗原。ECLI的測定模式與ELISA相似。其基本原理是發光底物二價的三聯吡啶釘及反應參與物三丙胺在電極表面失去電子而被氧化。氧化的三丙胺失去一個H+而成為強還原劑，將氧化型的三價釕還原為激發態的二價釕，隨即釋放光子而恢復為基態的發光底物。這一過程在電極表面周而復始地進行，不斷地發出光子而常保持底物濃度的恒定。