薄層色層法與紙色層法十分相似，兩者的主要區別在於他們的固定相不同。薄層色層法的固定相是一層均勻分佈在玻璃板或玻璃片上的幼細氧化鋁或矽膠。

薄層色層法的操作與紙色層法亦十分類似。為了確保瓶內充滿展開劑的蒸氣， 我們需要在瓶內放置一張被展開劑浸透的濾紙。由於薄層色層的固定相是極性物質，它與極性較強的成份之間的作用力較大，這導致極性較強的成份較難以流動，因此，在薄層色層中，極性較強的成份上移較慢，極性較弱的成份則上移較快。

在薄層色層法的試驗中，選擇合適的展開劑同樣重要，否則會影響試驗結果的準確性或物質的純度。

薄層色層法亦主要用於鑑定物質或測定物質的純度，亦可用於極少量混合物的分離。

• 鑑定物質：在相同實驗條件下，將待測定的未知物質和基準物進行薄層色層法的實驗。若兩種物質在薄層色層譜中的比移值 \({{R}_{f}}\) 完全相同，則它們可能是同一種物質。

• 判斷物質的純度：純淨的物質的薄層色層譜上只有一個點。

• 分離少量混合物：刮取吸附著不同成份的固定相，以適當的溶劑溶解後，再進行過濾和提純。