固相萃取的基本原理是样品在固相和液相之间的分配，其分离模式与液相色谱类似。固相萃取的保留机制，取决于目标分析物与吸附剂表面的极性官能团和两者之间的分子作用力。基于此，固相萃取的分离模式可分为四种模式：正相固相萃取、反相固相萃取和离子交换固相萃取和免疫亲和层析。
当目标分析物显示为含有极性官能团时，采用正相固相萃取，其使用的吸附剂通常为极性，如氧化铝、硅胶、聚酰胺、硅藻土等极性吸附剂。目标分析物与吸附剂之间主要通过极性官能团相互作用，包括氢键、π-π键、偶极-偶极相互作用、偶极-诱导偶极相互作用和其他极性-极性相互作用，从而保留下来。正相固相萃取主要用于吸附非极性溶剂样品中的极性化合物，如碳水化合物、有机酸化合物等。常用的正相固相萃取柱有氧化铝固相萃取柱、硅胶固相萃取柱、聚酰胺检测专用柱、弗罗里硅土固相萃取柱等。
当目标分析物显示为含有非极性官能团（如烷基、芳香族和脂环官能团等）时，采用反相固相萃取，其使用的吸附剂通常为非极性或弱极性，如C18、C8、石墨化碳黑等吸附剂。目标分析物与吸附剂之间通过非极性或疏水相互作用而得以保留下来。反相固相萃取主要用于提取极性溶剂样品中的中极性至非极性化合物，如生物体液中的药飞耻和代谢产物、水中的环境污染物、组织中的水提取物等。常用的反相固相萃取柱有C18固相萃取柱、C8固相萃取柱、石墨化碳黑固相萃取柱等
对于可离子化的目标分析物，通常采用离子交换固相萃取，其使用的吸附剂一般是SCX、SAX、WCX和WAX等带电离子交换树脂。目标化合物与吸附剂之间通过离子间高能量的静电作用而达到从溶剂中分离出来的效果。离子交换固相萃取常用于分析儿茶酚胺、嘌呤、胆汁酸、有机酸和维生素等。常用的离心交换固相萃取柱有SCX固相萃取柱、SAX固相萃取柱等。
对于含量少、杂质多、难以分离的生物活性分子，免疫亲和层析能达到更好的选择净化效果。它主要是利用免疫亲和吸附剂，目标分析物与吸附剂中的抗体产生免疫亲和作用而被保留，正因为其具有很高的特异性，免测颈亲和层析能从复杂的样品中分离以上叁种固相萃取方法难以分离的目标分析物，如生物样本中的生物毒素、黄辩耻霉毒素等。
