薄層層析分離是把支持劑均勻涂布于支持板（常用玻璃板和滌綸布等）上形成薄層，待分離樣品點在支持板上，然后用相應的溶劑進行展開，使樣品中各組分得到分離的過程。薄層層析分離根據固定相支持劑的不同，分薄層吸附層析分離、薄層分配層析分離、薄層離子交換層析分離和薄層凝膠層析分離等。一般實驗中應用較多的是薄層吸附層析分離，薄層層析分離常與離心機分離技術結合使用。
吸附是物質表面的一個重要性質。任何兩相都可以形成表面，吸附就是其中一相物質或溶解于其中的溶質積蓄在此表面上的現象。在固體與氣體之間、固體與液體之間、液體與氣體之間的表面上都可能發生吸附現象。
物質分子之所以能在固體表面上停留，是因為固體表面的分子（原子或離子）和固體內部的分子所受的吸引力不相等。在固體內部，分子之間相互作用力是對稱的，其力場互相抵消。而處于固體表面的分子所受的力是不對稱的，向內的一面受到固體內部分子的作用力大，表面層所受的作用力小，因而氣體或溶質分子在運動中遇到固體表面時會被吸引而停留下來。吸附過程是可逆的，被吸附物在一定條件下可以解吸出來。在單位時間內，被吸附于吸附劑的某一表面上的分子與離開此表面的分子之間可以達到動態平衡，稱為吸附平衡。薄層吸附層析分離是不斷產生平衡與不平衡、吸附與解吸的動態平衡過程。