多维色谱（multidimensionalchromatography）是将同种色谱不同选择性分离柱或不同类型色谱分离技术组合，构成联用系统。现应用最多的是二维色谱，它是在单分离柱基础上发展起来的，其技术关键是联结两色谱分离系统之间的接口设备和技术。通常由第一个或预分离柱和第二个或主分离柱串联组成，两柱之间通过切换阀或压力平衡装置作为接口，以改变流动相流路，部分在预柱未分离的组分，导入主柱进行第二次分离，从而大大提高系统分离能力。

多维色谱有如下几种组合方式：

(1)同种色谱、不同选择性色谱柱串联，如二维气相色谱(GC-GC)、二维高效液相色谱（HPLC-HPLC)、二维超临界流体色谱（SFC-SFC)。

(2)不同类型色谱分离串联，如高效液相一气相二维色谱（HPLC-GC)、高效液相一超临界流体二维色谱（HPLC-SFC)、高效液相一毛细管区带电泳二维色谱（HPLC一CZE）等。

二维气相色谱仪已商品化，其接口曾采用多通路切换阀连接一维和二维柱；其后发展出压力平衡无阀切换；两柱之间安装中间捕集器，使用吸附、热解吸技术等实现中心切割一、反吹、痕量组分富集等功能。二维高效液相色谱仪采用一个或两个多通切换阀组成连接界面，两系统可各独立运行或中心切割进行二维操作。高效液相一气相二维色谱仪采用保留间隙接口技术，在GC进样口或HPLC柱出口与GC柱之间安装一段长几米至几十米的石英弹性毛细管，当HPLC分离溶质洗出，进入毛细管进行溶剂挥发，而将溶质富集GC柱入口固定液上，再进行GC分离。除商品化仪器，亦可在常规色谱上自行安装接口，改装组合成各种多维色谱仪。

二维或多维色谱最突出的特点是峰容量高，具有强分离能力，获取试样信息量远大于通常的一维色谱。以气相二维色谱分析煤油为例，采用10mSE-30一维和30mγ一环糊精二维毛细管柱，一维柱峰容量约200，二维柱峰容量约100,则二维分离峰容量为20000，二维色谱图分离出4000多个峰，分离能力大为提高，特别适用于极复杂多组分混合物分离分析。