Die DNA-Array Technik basiert auf der Hybridisierung von Nukleinsäuren. Dabei lagern sich zwei komplementäre Nukleinsäure-Einzelstränge über Wasserstoff-Brückenbindungen zwischen ihren hydrophoben Purin- und Pyrimidin-Basen zusammen, um den Wasserkontakt zu minimieren. Die DNA-Array-Technik, mit markierten Nukleinsäuren andere Nukleinsäuren zu analysieren, nutzte erstmals Ed Southern (Southern-Blot).

Das Prinzip der Technik ist es, dass die auf einem Träger-Substrat immobilisierte DNA mit unterschiedlichen Fluoreszenz-markierten Targetnukleinsäuren hybridisiert. Die Orte und die Intensität der Target-Hybridisierungen werden nach Abwaschen unspezifisch gebundener Targets über Fluoreszenz-Scanning analysiert.

DNA-Microarrays werden hauptsächlich für genomweite Genexpressionsstudien (Transkriptomics) verwendet. Mit den Arrays werden die Transkripte (mRNA) nachgewiesen, die bei der Expression eines Genes entstehen. Auf den DNA-Microarrays können entweder cDNAs oder synthetisch hergestellte Oligonukleotide gespottet sein. Das Spotten erfolgt auf definierte Positionen eines Rasters z. B. auf Glasträgern. Unabhängig von der Art der verwendeten Arrays, wird zunächst aus den Zellen RNA extrahiert. Die mRNAs werden anschließend in cDNA umgeschrieben und mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert. Die auf den Array gespotteten cDNAs oder Oligonukleotide dienen als Sonden an die die Transkript-cDNAs bei der Hybridisierung binden. Nach Entfernung der nicht gebundenen cDNAs wird das Fluoreszenzsignal jeder Position des DNA-Microarrays mittels eines Lasers ausgelesen. Diese reine Intensität wird üblicherweise normalisiert um z.B. Abbau der RNA oder den Einfluss der Extraktionen zu berücksichtigen.

Neben DNA-Microarrays gibt es auch Protein-Microarrays, bei denen Proteine auf einen Träger gespottet werden. Es gibt unterschiedliche Typen von Protein-Arrays, z.B. Antikörper-Arrays, bei denen Antikörper auf dem Array fixiert sind. Wird eine Probe auf den Array gebracht, werden die entsprechenden Antigene an den Array gebunden. Umgekehrt können auf dem Array auch Antigene immobilisiert werden um Antikörper in einer Probe nachzuweisen. Zum Nachweis der Bindung eines Proteins aus der Probe an den Array werden markierte spezifische Antikörper verwendet. Mit Protein-Arrays können auch Protein-Protein Interaktionen nachgewiesen werden.