主要利用混合物中成分的沸點差異，對混合物中的成分進行分離。

氣相色譜中的流動相是載氣，通常使用惰性氣體、反應性差的氣體。

固定相是由一層液體或聚合物附著在一層惰性的固體載體表面構成。用作進行氣相色譜的儀器稱為氣相色譜儀。

待分析的氣體樣品與覆蓋有各種各樣的固定相的柱壁相互作用，使不同物質在不同的時間被洗脫出來。從一種物質進樣開始到出現色譜峰最大值的時間被稱為該物質的保留時間，透過將未知物質的保留時間與相同條件下標準物質的保留時間的比較可以表徵未知物。

氣相色譜儀，是指用氣體作為流動相的色譜分析儀器。其原理主要是利用物質的沸點、極性及吸附性質的差異實現混合物的分離。待分析樣品在氣化室氣化後被惰性氣體(即載氣，亦稱流動相)帶入色譜柱內，柱內含有液體或固體固定相，樣品中各組分都傾向於在流動相和固定相之間形成分配或吸附平衡。

組分流出色譜柱後進入檢測器被測定，常用的檢測器有電子捕獲檢測器(ECD)、氫火焰檢測器(FID)、火焰光度檢測器(FPD)及熱導檢測器(TCD)等。氣相色譜儀通常可用於分析土壤中熱穩定且沸點不超過500°C的有機物，如揮發性有機物、有機氯、有機磷、多環芳烴、酞酸酯等，具有快速、有效、靈敏度高等優點，在土壤有機物研究中發揮重要作用。能直接用於氣相色譜分析的樣品必須是氣體或液體，因此土壤樣品在分析前需要透過一定的前處理方法將待測物提取到某種溶劑中。常用的前處理方法有索氏提取法、超聲提取法、振盪提取法、微波提取法等，此外一些新興的前處理方法如固相萃取法、固相微萃取法、加速溶劑萃取法及超臨界萃取法等也正得到廣泛使用。