In einem Gaschromatographen wird ein Trägergas durch eine mit der stationären Phase gefüllte Trennsäule geleitet. Meist verwendet man Helium oder Stickstoff. Die Säulen sind spiralförmige Rohre mit einem Durchmesser von wenigen Millimetern und einer Länge von mehreren Metern. Die Analysenprobe wird zusammen mit etwas Luft mit einer Mikroliter-Spritze vor der Trennsäule in den Gasstrom injiziert. Ein Thermostat ermöglicht es, die Betriebstemperatur der Säule auf den gewünschten Wert (bis zu 400°C) einzustellen. Oft ist es erforderlich, die Temperatur während der Trennung langsam zu steigern. Als Meßgerät dient meist ein Wärmeleitfähigkeits-Detektor (WLD) oder ein Flammenionisations-Detektor  (FID).

Die mit dem Trägergas durch die Säule transportierten Substanzen verteilen sich unterschiedlich zwischen der stationären Phase und dem Trägergas. So ergeben sich für die einzelnen Stoffe unterschiedliche Verweilzeiten (Retentionszeiten) in der Säule, so daß sie zeitversetzt den Detektor erreichen.

Im Wärmeleitfähigkeits-Detektor befinden sich in einer WHEATSTONEschen Brückenschaltung zwei identische Gold- oder Platindrähte, die elektrisch geheizt werden. Ein Draht dient aIs Vergleichswiderstand; er wird ständig von reinem Trägergas umspült. Der andere Draht befindet sich am Ausgang der Trennsäule. Durch einen mit dem Trägergas austretenden Bestandteil der Probe nimmt die Wärmeleitfähigkeit des Gasstroms ab, seine Kühlwirkung ist daher kleiner.

Die Temperatur des Drahtes steigt an und damit auch sein Widerstand. Der Detektor erzeugt dann eine Spannung, die vom Schreiber als Funktion der Zeit registriert wird. Man erhält eine Reihe von Peaks.

Modernen Gaschromatographen, die noch Konzentrationen < l0 E-6 ppm nachweisen können, werden häufig Massenspektrometer nachgeschaltet, so daß man auch Aussagen über die Struktur der einzelnen Bestandteile einer Probe machen kann.