多維色譜技術是將同種色譜不同選擇性分離柱或不同類型色譜分離技術組合，構成聯用系統的技術。現在應用最多的是二維色譜，它是在單分離柱基礎上發展起來的，其技術關鍵是聯結兩色譜分離系統之間的接口設備和技術。通常由第一個或預分離柱和第二個或主分離柱串聯組成，兩柱之間通過切換閥或壓力平衡裝置作為接口，以改變流動相流路，部分在預柱未分離的組分，導入主柱進行第二次分離，從而大大提高系統分離能力。
二維色譜，又稱二維方法，是一種紙上色譜技術。廣泛應用于肽或氨基酸等復雜混合物的分離。
二維色譜最早應用于紙色譜和薄層色譜，即使用不同溶劑進行雙向展開，分離效率大大提高。二維色譜能夠顯著提高峰容量以適應復雜樣品的分離分析。全二維氣相色譜（GC×GC）和全二維液相色譜（LC×LC）的出現，使二維色譜分離技術進入了一個嶄新的天地。目前，二維色譜尤其是二維電泳在蛋白組學研究中極為活躍，可檢測具有差異化的蛋白，聯用基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜（MALDI-TOF-MS）及電噴霧串聯質譜（ESI-Q-TOF）技術鑒定目標蛋白。而色譜聚焦一無孔硅膠反相分離和強陽離子交換（SCX）一反相（RP）分離等二維液相色譜技術彌補了二維電泳不能很好顯示低豐度、疏水性、偏堿性、極大和極小蛋白、費時、費力、難以自動化等不足，有望成為蛋白組學及大分子化合物分析的有力手段之一。