微流控芯片的結構由具體研究和分析目的決定，設計和加工微流控芯片片基開展微流控芯片研究的基礎。

微流控芯片的主體結構由上下兩層片基組成（PMMA、PDMS、玻璃等材料），包括微通道，微結構、進樣口，檢測窗等結構單元構成。外圍設備有蠕動泵、微量注射泵、溫控系統、以及紫外、熒光、電化學、色譜等檢測部件組成。附加在微流控芯片結構上的電器設備是微流控芯片進行研究的必要組成部分，主要功能如驅動和控制微流體的流動、溫度調控、圖像采集和分析，以及自動化控制等。

微流控芯片采用類似半導體的微機電加工技術在芯片上構建微流路系統，將實驗與分析過程轉載到由彼此聯系的路徑和液相小室組成的芯片結構上，加載生物樣品和反應液后，采用微機械泵、電水力泵和電滲流等方法驅動芯片中緩沖液的流動，形成微流路，于芯片上進行一種或連續多種的反應。激光誘導熒光、電化學和化學等多種檢測系統以及與質譜等分析手段結合的很多檢測手段已經被用在微流控芯片中，對樣品進行快速、準確和高通量分析。

微流控芯片的最大特點是在一個芯片上可以形成多功能集成體系和數目眾多的復合體系的微全分析系統。微型反應器是芯片實驗室中常用的用于生物化學反應的結構，如毛細管電泳、聚合酶鏈反應、酶反應和DNA雜交反應的微型反應器等。其中電壓驅動的毛細管電泳比較容易在微流控芯片上實現，因而成為其中發展最快的技術。它是在芯片上蝕刻毛細管通道，在電滲流的作用下樣品液在通道中泳動，完成對樣品的檢測分析，如果在芯片上構建毛細管陣列，可在數分鐘內完成對數百種樣品的平行分析。

自1992年微流控芯片CE首次報道以來，進展很快。首臺商品儀器是微流控芯片CE，可提供用于核酸及蛋白質分析的微流控芯片產品。