액체 또는 고체의 고정상과, 기체의 이동상 사이의 분배계수(또는 고체의 고정상과 기체의 이동상 사이의 흡착 평형 계수)가 물질에 따라 다른 것을 이용한 분리 분석법이다. 즉, 캐리어 가스(carrier gas: 헬륨, 수소, 질소)를 봄베(bombe)로부터 일정한 유속으로 칼럼(column: 분리관)으로 보내고, 시료(측정가스)를 주입구로 넣으면, 시료의 각 성분은 칼럼의 충진물(활성탄, 실리카 겔, 규소 등)과의 친화력에 따라 차례로 분리되면서 유출되는데, 이러한 원리를 이용하여 시료의 각 성분을 알아내는 장치를 말한다. 칼럼의 충진제에 따라 분리 특성이 결정된다. 정밀도는 0.5～5%이며 신호로는 전기를 사용한다. 조작이 용이하며 단시간에 정확한 분석이 가능하다. 정기적으로 표준 물질로 체크하여 검량선을 만들 필요가 있다. 유기물질, 다성분 물질의 분석에 사용된다. 경질탄화수소, 휘발성물질 및 가스의 중요한 성분 분석법, 미량의 시료에 의한 정성 및 정량분석이 될 수 있다. 최근 작업환경의 유해물 측정법으로 사용하는 방법으로 혼합물의 조성을 알아보는 방법 중의 하나이다. 이것은 이동상으로 캐리어 가스를 사용하는 크로마토그래피로서 1940년대부터 시작되어 최근 수년간에 눈부신 발전을 한 가스분석법이며 H2, O2, N2, Ar 등의 희유가스, 각종 탄화수소류 유기화합물의 증기 등의 혼합가스의 전체분석을 비교적 간단하게 그리고 신속하게 행할 수가 있다. 시료가스 수 ml를 시료 주입구에 주입하여 칼럼의 일단에 흡착시킨다. 다음에 봄베에서 캐리어 가스를 일정속도로 보내면 시료가스 중의 각 성분은 각 흡착에너지의 차에 따라 수 십분 사이에 흡착능이 작은 성분부터 차례로 각각 분리되어 차츰 칼럼의 다른 끝으로 유출된다. 이 유출 상태를 열전도, 이온화에너지 차이 등을 이용해 검출·기록한다. 캐리어 가스를 흘려보내기 시작한 뒤 일정성분이 유출할 때까지의 시간, 이른바 체류시간(retention time)은 장치나 실험조건이 일정한 경우에는 그 성분에 대하여 고유한 수치이므로 이로부터 정성을 행할 수 있다. 그리고 유출가스는 캐리어 가스와 특정성분 가스의 두 성분 가스이므로 열전도율법 등에 의해 쉽게 감지되고 면적으로부터 그 성분을 구할 수가 있다. 칼럼은 일반적으로 내경 약 5mm, 길이 1～4m의 유리관 또는 구리, 스테인리스 등의 금속관 내에 흡착제로서 80/50메시(mesh) 정도의 활성탄, 실리카겔, 알루미나 등을 충전한 것이다. 캐리어 가스로는 He, H2, N2 등이 사용된다. 검출기로서는 열전도도 검출기(TCD), 수소염 이온화 검출기(FID), 전자 포획 검출기(ECD) 등이 제안되고 있는데, 일반적으로는 열전도도 검출기가 널리 이용되고 있다. 때로는 시료가스를 칼럼의 한 끝에 흡착시킨 뒤 이것을 흡착성이 매우 큰 증기를 포함한 캐리어 가스로 몰아내는 방법(이것은 치환분석(displacement analysis)이라 불리며 이에 대해서 전술한 방법을 용출분석(elation analysis)이라 한다), 또는 가열한 수증기로 몰아내는 방법 등이 이용되기도 한다. 이 경우에는 계단상 곡선이 얻어지며 계단의 높이 및 출현 순서로 정성을 행할 수가 있다. 이 경우, 계단의 평탄한 부분의 길이는 성분가스에 비례한다. 가스크로마토그래피는 위에서 설명한 바와 같이 장치, 실험방법 등이 비교적 간단하므로 혼합가스의 분석법으로 화학실험실, 공장 등에서 많이 사용된다.

충전물에 흡착성 고체분말을 사용한 경우에는 기고크로마토그래피(氣固-)법이며, 적당한 물질에 고정상 액체를 흡수시킨 것을 사용하는 경우는 기액 크로마토그래피법이다.