气相色谱分析，其实就是一种分离技术，在实际工作中要分析的样品往往是复杂基体中的多组分混合物，所以首先必须将其分离，然后才能对有关组分进行进一步的分析。混合物中各组分的分离性质在一定的条件下是不变的，所以可进行定性定量分析，这就是气相色谱的分离分析过程。

混合物的分离是基于组分的物理化学性质的差异，比如过滤时液体通过滤纸，而未溶解的固体物质则留在滤纸上，这就是利用二者物理状态不同而分离的。同样，我们常用萃取来分离溶解性不同的物质，用离心来分离密度不同的物质。可用于分离的物理化学性质还有沸点、分子尺寸、极性、带电状态和化学反应性能等。

气相色谱分析主要是利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离。待分析样品在汽化室汽化后被惰性气体（即载气，也叫流动相）带入色谱柱，柱内含有液体或固体固定相，由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同，每种组分都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡。

但由于载气是流动的，这种平衡实际上很难建立起来，也正是由于载气的流动，使样品组分在运动中进行反复多次的分配或吸附/解吸，结果是在载气中分配浓度大的组分先流出色谱柱，而在固定相中分配浓度大的组分后流出。

当组分流出色谱柱后，立即进入检测器，检测器能够将样品组分的存在与否转变为电信号，而电信号的大小与被测组分的量或浓度成比例。当将这些信号放大并记录下来时，就出现了样品的色谱图，它包含了色谱的全部原始信息。在没有组分了流出时，色谱图的记录是检测器的本底信号，即色谱图的基线。