顶空气相色谱仪是将顶空进样器与各种型号的气相色谱仪相连接，将液体或固体样品中的挥发性组分收集后直接导入气相色谱仪进行分离和检测的理想色谱分析仪器。
它采用顶空瓶中气体进样，其原理是通过加热装置将样品中可挥发物组分烘出收集，与液-液萃取和固相萃取相比既可避免在除去溶剂时引起挥发物的损失，又可降低共提物引起的噪音，具有更高灵敏度和分析速度，同时对分析人员和环境危害小，自动化程度高且重复性好，操作简便，是一种符合“绿色分析化学”要求的分析手段。
主要分为静态顶空分析、动态顶空分析、顶空-固相微萃取三类。
顶空技术的使用，可以免除冗长烦琐的样品前处理过程，避免有机溶剂带入的杂质对分析造成干扰，减少对色谱柱及进样口的污染；顶空色谱技术以其简单实用的优点在环境检测（如饮用水中挥发性卤代烃和工业污水中挥发性有机物）、药物中有机残留溶剂检测、食品、法庭科学、石油化工、包装材料、涂料及酿酒业分析等领域得到广泛的应用。
例如对薰衣草、玫瑰、香蕉、薄荷油、烤咖啡、白兰地酒、威士忌酒等的挥发性组分的顶空气相色谱分析，即使没有作精密的定性定量分析，从色谱图上也能了解其气味或味道的真实情况。另外，可与电子鼻、电子舌等感官仪器联用，对食品、化妆品、药品等的检测分析有很好的辅助效果。
顶空气相色谱法也可用于测定如油气勘探中的固体高聚物和高聚物分散系。由鲁创分析仪器有限公司开发的此技术检测残留单体比用常规的把高聚物溶解后再度沉淀的方法要灵敏得多，完全可以代替固体热解析装置。顶空气相色谱法也是测试高聚物化学稳定性的一种快速而又简便的方法。取容器中的气体进行气相色谱分析，则可了解在各种温度下容器材料的抗水蒸汽、抗HCl气等的性能。
