气相色谱定性分析的方法有以下几种：
(1)利用保留值定性。各种物质在一定的色谱条件下均有确定不变的保留值，因此保留值可作为一种定性指标，是最常用的色谱定性方法。这种方法只需在固定相和操作条件不变时，比较保留值就可判断组分的异同。但由于不同物质在相同的色谱条件下往往具有近似或完全相同的保留值，因此这种方法的应用有很大的局限性。该法仅限于当未知物通过其他方面的考察已被确定为某几个化合物或属于某种类型时作最后的确证，不足于鉴定完全未知的物质。
(2)利用相对保留值和保留指数定性。在实际工作中会发现，尽管固定相相同，但由于填充密度、固定液配比、担体惰性、柱使用时间及其他操作条件的差别，同一组分的保留值不同。相对保留值仅与柱温有关，不受操作条件的影响，可以消除操作条件不一致带来的误差。保留指数是一种重现性较其他保留数据都好的定性参数，其精度可达±0.03个指数单位。保留指数仅仅与柱温、固定液性质有关，与色谱条件无关。国内外气相色谱手册中都列有许多化合物的相对保留值和保留指数，可用于定性。
在测定未知物的保留指数时，仍然需要知道未知物属于哪一类，然后根据类别查找文献中所规定的固定相与柱温条件，测得未知物的保留值，其定性结果，是一个可信的区间。利用多柱定性。不同组分有可能在同一柱上具有相同的保留值，因此未知组分和已知物的保留值一致，有时也不能完全肯定两者是同一物质。利用双柱或多柱进行保留值比较定性，使原来具有相同保留值的不同组分分开，增加了定性的可靠性。在选择不同柱子时，应使柱的极性有较大差别。
(4)利用检测器的选择性定性。不同类型的检测器对各种组分的选择性和灵敏度是不相同的。选择性检测器指在相同条件下，它对两类物质的响应值之比至少是10：1，即对某类物质特别敏感，响应值很高。氢焰电离检测器对有机物灵敏度高，而对无机气体、水分、二硫化碳等响应很小，甚至无响应;电子捕获检测器只对含有卤素、氧、氮等电负性大的组分有高的灵敏度;火焰光度检测器只对含硫、磷的物质有信号;碱盐离子化检测器对氮、磷等杂原子的有机物特别灵敏。利用不同检测器具有不同的选择性和灵敏度，可以对未知物大致分类定性。
(5)与其他方法结合定性
1)利用化学反应进行定性。利用化学反应进行定性分析是一种简易而不需要附加复杂仪器的方法。它与色谱技术结合是一种简易而有效的方法。
带有某些官能团的化合物，经一些特殊试剂处理，发生物理变化或化学反应后，其色谱峰将会消失、提前或后移，比较处理前后色谱图的差异，就可初步辨认试样含有哪些官能团使用这种方法时可直接在色谱系统中装上预处理柱。如果反应过程进行较慢或进行复杂的试探性分析，也可使试样与试剂在注射器或其他小容器内反应，再将反应后的试样注入色谱柱。
另外，也可将柱后流出的组分经冷阱收集，进行官能团微量分析。如在柱后安装一分流装置，让一部分柱后流出物进人检验试剂中，另一部分仍进入检测器。从检验试剂的颜色变化，可以估计出含何种官能团。
2)与质谱、红外光谱仪等联用。气相色谱与质谱、红外光谱等联用技术，是近代发展起来的定性方法，是目前解决复杂未知物定性问题的最有效工具。
质谱、红外光谱法不宜分析组分复杂的样品，但对纯组分的定性结果是比较可靠的。气相色谱法的定性结果的可信度较差，但它对复杂样品的分离效率是高的。联用技术就是和用了气相色谱法的分离特性，又发挥了质谱或光谱的定性功能。
联用方式有两种：一种是色谱流出物，直接进入质谱仪或红外光谱仪，或其他物理检测器;另一种是将柱后流出物先用冷阱或其他收集器收集后再送入其他相应的仪器进分析。