一股細胞流經雷射光束。每個細胞都會散射光線並發出螢光。儀器記錄這些訊號，並根據細胞的特性進行分選。這就是流式細胞儀。它每秒可分析和分選數千個單一細胞，是免疫學和細胞生物學領域最強大的工具之一。

這項技術的工作原理是用螢光抗體標記細胞。每種抗體都能與細胞表面或細胞內部的特定標記結合。當細胞穿過雷射光束時，螢光團被激發，發出特徵波長的光。儀器測量光的強度，從而判斷標記物的含量。它還能測量前向散射光（指示細胞大小）和側向散射光（指示細胞內部的複雜性）。

流式細胞儀透過識別異常細胞群來診斷白血病和淋巴瘤。它透過計數CD4 T細胞來監測HIV感染。它也用於分析幹細胞、對細胞群進行分選以用於研究以及檢測血液中的稀有細胞。細胞分選（也稱為FACS）可以將細胞物理分離到不同的試管中進行進一步研究。

這項技術複雜且昂貴，需要訓練有素的操作人員和嚴格的品質控制。但它能提供其他任何技術都無法提供的資訊：逐一捕捉群體中每個細胞的快照。