氣相色譜儀主要由載氣系統、進樣系統、分離系統(色譜柱)、檢測系統以及數據處理系統構成。
一、載氣系統
載氣系統包括氣源、氣體凈化器、氣路控制系統。載氣是氣相色譜過程的流動相，原則上說只要沒有腐蝕性，且不干擾樣品分析的氣體都可以作載氣。常用的有H2、He、N2、Ar 等。在實際應用中載氣的選擇主要是根據檢測器的特性來決定，同時考慮色譜柱的分離效能和分析時間。載氣的純度、流速對色譜柱的分離效能、檢測器的靈敏度均有很大影響，氣路控制系統的作用就是將載氣及輔助氣進行穩壓、穩流及凈化，以滿足氣相色譜分析。
操作氣相色譜儀如何選用不同氣體純度的氣源做載氣和輔助氣體。原則上講，選擇氣體純度時，主要取決于分析對象、色譜柱中填充物以及檢測器。建議在滿足分析前提下，盡可能選用純度較高的氣體。這樣不但會提高(保持)儀器的高靈敏度，而且會延長色譜柱和整臺儀器(氣路控制部件，氣體過濾器)的壽命。實踐證明，長期使用較低純度的氣體氣源，一旦分析低濃度的樣品時，要想恢復儀器的高靈敏度有時十分困難。
二、進樣系統
進樣系統包括進樣器和汽化室，它的功能是引入試樣，并使試樣瞬間汽化。氣體樣品可以用六通閥進樣，進樣量由定量管控制，可以按需要更換，進樣量的重復性可達0.5%。液樣品可用微量注射器進樣，在使用時，注意進樣量與所選用的注射器相匹配，是在注射器容量下使用。工業流程色譜分析和大批量樣品的常規分析上常用自動進樣器，重復性很好。在毛細管柱氣相色譜中，由于毛細管柱樣品容量很小，一般采用分流進樣器，進樣量比較多，樣品汽化后只有一小部分被載氣帶入色譜柱，大部分被放空。汽化室的作用是把液樣品瞬間加熱變成蒸汽，然后由載氣帶入色譜柱。
三、分離系統
分離系統主要由色譜柱組成，是氣相色譜儀的心臟，它的功能是使試樣在柱內運行的同時得到分離。色譜柱基本有兩類：填充柱和毛細管柱。填充柱是將固定相填充在金屬或玻璃管中(常用內徑4 mm)。毛細管柱，也叫石英毛細管。柱內徑通常為0.1mm～0.5mm，柱長30m～50m，繞成直徑500px左右的環狀。其分離效率比填充柱要高得多，在毛細管中填充固定相而成，也可先在較粗的厚壁玻璃管中裝入松散的載體或吸附劑，然后拉制成毛細管，里面裝入載體，使用前在載體上涂漬固定液成為填充毛細管柱氣-液色譜。常規的毛細管柱又分為小口徑和大口徑毛細管柱，在內徑為0.1mm～0.3mm的中空石英毛細管的內壁涂漬固定液，這是目前常用的毛細管柱，大口徑毛細管柱是指在0.3mm～0.5mm的毛細管內壁涂漬5μm～8μm的厚液膜。
四、檢測器
檢測器的功能是對柱后已被分離的組分的信息轉變為便于記錄的電信號，然后對各組分的組成和含量進行鑒定和測量，是色譜儀的眼睛。原則上，被測組分和載氣在性質上的任何差異都可以作為設計檢測器的依據，但在實際中常用的檢測器只有幾種，它們結構簡單，使用方便，具有通用性或選擇性。檢測器的選擇要依據分析對象和目的來確定。
目前常用的檢測器主要有氫火焰離子化檢測器（FID），熱導池檢測器（TCD），這兩種屬于應用面較廣的檢測器，應用于絕大多數行業分析，其他有火焰廣度檢測器（FPD），針對含有硫、磷化合物的分析，電子捕獲檢測器（ECD），應用于含鹵族元素化合物的分析，在水質分析等行業有應用，還有氮磷檢測器（NPD），應用于含磷化合物的分析，應用于農藥殘留檢測等。
五、數據處理系統
數據處理系統目前多采用配備操作軟件包的工作站，用計算機控制，既可以對色譜數據進行自動處理，又可對色譜系統的參數進行自動控制。
