二维色谱，又称二维方法，是一种纸上色谱技术。广泛应用于肽或氨基酸等复杂混合物的分离。用这种技术来分离时，首先在一个方向将混合物进行色谱分离，将纸干燥后，再将混合物用另一种溶剂在与第一个方向的垂直方向进行第二次色谱分离。得到的二维色谱图又称肽谱图，这种分离技术比一维纸上色谱具有更好的分离效果。
二维色谱最早应用于纸色谱和薄层色谱，即使用不同溶剂进行双向展开，分离效率大大提高。二维色谱能够显著提高峰容量以适应复杂样品的分离分析。
全二维气相色谱（GC×GC）和全二维液相色谱（LC×LC）的出现，使二维色谱分离技术进入了一个崭新的天地。目前，二维色谱尤其是二维电泳在蛋白组学研究中极为活跃，可检测具有差异化的蛋白，联用
基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）及电喷雾串联质谱（ESI-Q-TOF）技术鉴定目标蛋白。而色谱聚焦一无孔硅胶反相分离和强阳离子交换（SCX）一反相（RP）分离等二维液相色谱技术弥补了二维电泳不能很好显示低丰度、疏水性、偏碱性、极大和极小蛋白、费时、费力、难以自动化等不足，有望成为蛋白组学及大分子化合物分析的有力手段之一。
色谱分析作为分析化学中发展最快、应用最广的方法之一，多年来一直是分析化学研究的重点。20世纪初相继出现的纸色谱法和
薄层色谱法都是以液体为流动相，统称为经典
液相色谱法。这类
色谱分析法速度慢，分离效率低，重复性差，定量困难。50年代
气相色谱法兴起，把色谱分析法提高到分离与在线分析的水平，奠定了现代色谱法的基础。70年代，高效液相色谱法得到发展，极大地扩大了色谱法的应用范围，把色谱法推进到新的阶段。80年代初出现了
超临界流体色谱法，超临界流体具有气态流动相传质快、粘度小的性能，又具有液态流动溶剂化效应强的特点，兼有气相色谱和
高效液相色谱的一些优点。80年代末发展起来的
毛细管电泳法（capillary electrophoresis）成为分离效果最佳的分离分析方法，主要用于生物大分子的分离分析，它是
生命科学研究的重要分析手段。
随着气相色谱和
高效液相色谱专业软件的出现，新型仪器具有推荐工作条件、实验方法，优化实验条件，解析并给出实验结果的功能。智能化色谱仍然是研究和发展的方向。
联用技术充分发挥了色谱分离技术和谱学高灵敏检测技术的功能，成为分析复杂混合物的有效手段。例如，气相色谱和质谱联用（GC-MS、液相色谱和质谱联用（LC-MS）、气相色谱和傅立叶变换红外光谱联用（GC-FTIR）、液相色谱与紫外光谱联用（LC-UV）等，都已有商品化仪器，可以同时获得定性和定量信息。
将两种色谱法联用称为二维色谱法。两种色谱法联用可以分离一些难以分离的物质。常见的有GC-GC（如GLC-GSC）、LLC-SFC、LLC-IEC等二维色谱法，可以获得二维色谱图谱及更多的色谱信息。