Cytometria przepływowa jest metodą diagnostyczną stojącą na pograniczu cytopatologii i analityki medycznej, umożliwiającą ocenę wielkości, intensywności zabarwienia i intensywności fluorescencji badanych komórek.

W cytometrze przepływowym zawiesina odpowiednio zabarwionych komórek (rozcieńczona krew, próbka cytologiczna pobrana metodą biopsji aspiracyjnej, próbka płynu z jamy ciała, itp.) jest wytłaczana w otoczce płynu osłaniającego przez specjalną dyszę, w postaci laminarnie płynącego, cienkiego strumienia zawierającego rząd pojedynczych komórek. Jest to tzw. ogniskowanie hydrodynamiczne w którym płyn osłaniający płynie szybciej niż centralny strumień z komórkami. Strumień ten (o średnicy ok. 30 mikrometrów) przepływa przed optoelektronicznymi układami rejestrującymi (fotokomórkami lub fotopowielaczami), w którym pojedyncze komórki są oświetlane przez cienkie wiązki monochromatycznego, spolaryzowanego światła (lasera, wycinki widma światła lampy rtęciowej). Pojedyncze komórki rozpraszają, załamują, odbijają i absorbują światło przechodzące przez komorę pomiarową, powodując chwilowe zmiany sygnału elektrycznego z rejestrujących elementów optoelektronicznych. Zmiany te są zależne od barwy, struktury i intensywności zabarwienia komórki. Rejestrowane są: czas zmiany tego sygnału (wskazujący na wielkość przepływającego obiektu) i amplituda zmian sygnału (wskazująca na intensywność zabarwienia, ziarnistość) oraz zmiany polaryzacji w stosunku do pierwotnej polaryzacji światła lasera (wskazujące na ukształtowanie powierzchni struktury). Rozproszenie wiązki światła jest mierzone przez przedni detektor światła rozproszonego (ang. forward scatter channel), leżący w osi wiązki światła, którego sygnał informuje o wielkości komórki oraz boczny detektor światła rozproszonego (ang. side scatter channel), ustawiony prostopadle do niej, którego sygnał uznawany jest za informujący o strukturze jądra. Bardziej rozbudowane cytometry mają dodatkowe układy optoelektroniczne ustawione pod różnymi kątami w stosunku do wiązki światła, informujące o powierzchni komórki. W przypadku pomiaru fluorescencji, komórki te są wzbudzane do świecenia, a świecenie komórek jest także rejestrowane (po odpowiednim filtrowaniu wzbudzonego światła).

Odpowiednio przetworzone informacje z tych detektorów pozwalają ocenić w sposób statystyczny parametry strukturalne zbiorów komórek (rozmiar, kształt, ziarnistość cytoplazmy, zawartość barwników naturalnych lub dodanych w wyniku barwienia, intensywność fluorescencji). W przypadku cytometrów wyposażonych w urządzenie sortowania komórek w polu elektrycznym (ang. Fluorescence Activating Cell Sorting), które odchyla płynące komórki zgodnie z różnicami potencjału elektrycznego poszczególnych komórek, możliwa jest dodatkowa ocena niektórych parametrów czynnościowych komórek.

Cytometria przepływowa umożliwia analizę kilku parametrów każdej komórki (dokładniej: przepływającego obiektu, którymi mogą być także fragmenty uszkodzonych komórek lub inne artefakty), stąd wynikiem diagnozy stawianej przy pomocy tej metody są konkluzje wynikające z wielowymiarowej analizy statystycznej cech komórek w badanej próbce. Zwykle są one ilustrowane histogramami jedno-, dwu- lub trójwymiarowymi (dotyczących od kilku tysięcy do kilkudziesięciu tysięcy komórek), pozwalającymi zobrazować populacje komórek o określonych cechach znajdujące się w badanej próbce.