经典的薄层色谱法是以吸附剂为固定相的液相色谱法，因将吸附剂在光洁的表面(如玻璃、金属或塑料等表面)上均匀地铺成薄层而得名。首先将试液点在薄层的一端离边缘一定距离处，试样中各组分就被吸附剂所吸附，然后把点有试液的薄层的一端浸入流动相展开剂中，由于薄层的毛细管作用，展开剂将沿着薄层渐渐上升，遇到点着的试样时，试样就溶解在展开剂中，随着展开剂沿薄层上升。于是试样中的各组分就沿着薄层在固定相和流动相之间不断地发生溶解、吸附、再溶解、再吸附的过程。
显然，试样中吸附能力最弱的组分，它最容易溶解，最不容易被吸附，它随展开剂在薄层中移动的距离最大;而吸附能力较强的组分，在薄层中移动的距离最短。于是试样中各组分将按其吸附能力强弱的不同而分离开来。如果试样是有色的，就可以看到各个有色斑;如果试样是无色的，则在展开后可用各种化学的或物理的方法使之显色，而后进行观察。
薄层色谱对固定相的基本要求为：有一定的比表面积，机械强度和稳定性好，在流动相(展开剂)中不溶解，也不与样品和流动相发生化学反应，并具有可逆的吸附能力等。最常用的固定相有硅胶和氧化铝。
展开剂的选择主要根据样品的性质及其分离机制，首先考虑其极性，一般说来，展开剂的极性与其洗脱能力成正比。在选择展开剂时，一般先用单一溶剂，然后再用混合溶剂，后加进去的组分是用以改变展开剂的极性，调整其酸碱性，以及增大试样的溶解度等，从而改善分离效果。
在吸附薄层色谱中，样品的极性、吸附剂的吸附活性和展开剂的极性这三者之间的关系是相互联系又相互制约的。一般而言，对于极性样品，需要选用吸附活性较小的吸附剂和极性展开剂;对于非极性样品，则需选用吸附活性较大的吸附剂和非极性的展开剂。