Для проведення ТШХ на одну сторону невеликої скляної, пластмасової або металевої пластинки наносять тонкий шар сорбенту, потім пластинку сушать. На тонкий шар сорбенту, як на папір, наносять проби речовин та їх сумішей. Отримані плями висушують і занурюють нижній край пластинки в розчинник. У міру просування рідини по сорбенту відбувається поділ суміші. Зони окремих компонентів розташовуються відповідно до коефіцієнтів розподілу.
Як сорбенти для ТСХ застосовують силікагель, окис алюмінію.
Перевага цього методу перед паперовою хроматографією – стійкість сорбентів до агресивних середовищ і нагрівання та, як правило, більша чутливість.
Як і у паперовій хроматографії, при стандартних умовах проведення досліду положення речовини на хроматограмі характеризує величина Rf .
Якісний аналіз, як і для паперової хроматографії, проводиться або за власним, властивому даній сполуці забарвленню, або проявленням безбарвних хроматограм реактивами, що утворюють із визначуваними речовинами забарвлені або флуоресцентні сполуки.