氣相色譜儀是以氣體作為流動相（載氣）。當樣品由微量注射器“注射”進入進樣器后，被載氣攜帶進入填充柱或毛細管色譜柱。由于樣品中各組分在色譜柱中的流動相（氣相）和固定相（液相或固相）間分配或吸附系數的差異，在載氣的沖洗下，各組分在兩相間作反復多次分配使各組分在柱中得到分離，然后用接在柱后的檢測器根據組分的物理化學特性將各組分按順序檢測出來。

氣相色譜儀的一般分析流程：載氣由高壓鋼瓶中流出，經減壓閥降到所需壓力后，通過凈化干燥管使載氣凈化，再經穩壓閥和轉子流量計后，以穩定的壓力、恒定的速度流經氣化室與氣化的樣品混合，將樣品氣體代入色譜柱中進行分離。分離后的各組分隨著載氣先后流入檢測器，然后載氣放空。檢測器將物質的濃度或質量的變化轉變為一定的電信號，經放大后在記錄儀上記錄下來，就得到色譜流出曲線。根據色譜流出曲線上得到的每個峰的保留時間，可以進行定性分析，根據峰面積或峰高的大小，可以進行定量分析。