生物化学反应和分析过程通常包括样品制备、生物化学和分子生物学反应、检测和数据分析处理几个步骤，将其中的一个步骤或几个步骤微型化集成到一块芯片上就能获得具有特殊功能的生物芯片。生物芯片是借助微电子工业和其他微细加工工业中成熟的微细加工工艺技术（如：光学掩膜光刻技术，反应离子蚀刻，微注入模塑，聚合膜浇注等）进行制造的。

用于样品制备的生物芯片

对于DNA的分析，要得到纯度足够高的待检DNA，通常需要经过细胞分离、破胞、脱蛋白等样品制备过程。1997年，科学家采用微电子工艺，在硅片基上构建了25个半径为40 μm的P_t-Si₃N₄微电极阵列，并在电极上蚀刻出样品池，该芯片可直接制备DNA杂交样品。在电场的作用下，生物素标记的DNA探针被转运到特定的电极上与目的DNA杂交，具有检测单碱基错配的分辨率。

此后，研究人员利用这种微电极阵列芯片对病人进行血液分析，在电场作用下，血中的大肠杆菌富集到电极上，经过高压电脉冲裂解等处理后可得到纯化的核酸，再与另一块芯片杂交，可证实大肠杆菌DNA的存在。1999年，研究人员在硅片上蚀刻出电子电路和电极，将待测DNA样品在芯片上转运、浓缩并吸附到特定的电极上，并与荧光标记的探针杂交，可快速精确地区分复杂的四等位单核苷酸多态性。

用于生物化学反应的生物芯片

为满足DNA检测仪器灵敏度的要求，从样品中提取的DNA往往需要利用扩增复制技术，复制出几十万～几百万个相同的DNA片段。目前在生物芯片中进行核酸扩增反应获得成功的宾夕法尼亚大学研究小组、美国劳伦斯-利物莫国家实验室等研究部门的科学家在玻璃片基上蚀刻出40～80 μm深、可容纳5～10μl样品的微通道和反应室，构成一次性的扩增芯片，在计算机控制的热循环仪中达到扩增的目的。研究人员在硅片基上设计的PCR扩增芯片，扩增体积只要0.5 μl，热循环时间比常规PCR少5倍，而得率及特异性保持不变。有些科学家还研究了一种具有细胞分离和PCR扩增双功能的生物芯片，利用蚀刻在硅片基上的一系列3.5μm大小的水坝式微过滤器，从全血细胞中分离出蛋白细胞，直接在芯片上加热裂解，释放DNA并进行扩增。

用于检测和分析的生物芯片

毛细管电泳芯片毛细管电泳技术首先是杜邦公司开发出来的。加利福尼亚大学伯克利分校的科学家首先提出毛细管阵列电泳的概念，利用光刻技术在玻璃片基上制作毛细管阵列和泳道，进行DNA突变检测和DNA测序。

凝胶固化组分微阵列芯片1995年，科学家研制了凝胶固化组分微阵列芯片，该芯片可直接用于DNA突变检测。研究者首先在玻璃片基上制作聚丙烯酰胺凝胶垫板，再用划线器雕刻出凝胶固化组分微阵列，用毛细管把DNA加载到凝胶元件上形成分子阵列，然后与荧光标记的目标DNA杂交。理论上，1cm²片基上可容纳2～3万个40 μm ～40 μm的凝胶元件。改进工艺（如采用光共聚合法等）可将元件尺寸缩小到10 μm ～10 μm。

生物芯片近年来得到了迅速的发展，各种生物芯片不断涌现。生物芯片发展的最终目标是，将生命科学研究中样品制备、生物化学反应、检测和分析的全过程，通过采用微电子工业中的缩微技术（微细加工技术），集成到一个芯片上进行，构成所谓的微型全分析系统或称之为在芯片上的实验室（缩微芯片实验室）。