Questa tecnica è sicuramente la più complessa di quelle citate, ma ha il vantaggio di potere essere applicata anche a soluzioni contenenti numerosi composti. La sua versione più semplice è la cromatografia su carta. In tale tecnica si utilizza una striscia di carta da filtro sulla quale viene depositata una piccola quantità di soluzione. L’estremità del supporto viene poi immersa in un solvente.
Il processo di separazione cromatografica si avvia quando il solvente inizia, per capillarità, a risalire lungo la superficie del supporto. In funzione della diversa tendenza a traferirsi nel liquido eluente, i soluti verranno trascinati con velocità diverse, distribuendosi lungo la striscia di carta. La posizione dei diversi soluti ne consente l’identificazione o la loro eventuale raccolta, rimuovendo la superficie sulla quale si sono trasferiti.