寡核苷酸芯片的主要原理與cDNA芯片類似，主要通過堿基互補配對原則進行雜交，來檢測對應片段是否存在、存在量的多少。它與cDNA芯片的本質差別在于寡聚核苷酸芯片固定的探針為特定的DNA寡聚核苷酸片段（探針），而后者為cDNA。基因表達芯片的兩個重要參數是檢測的靈敏度和特異性。cDNA芯片由于基因長短不同以至Tm值各異，眾多的基因在同一張芯片上雜交，使得雜交條件很難同一，使得傳統的cDNA芯片的分辨能力受到限制。寡聚核苷酸芯片序列選擇經過優化，利用合成的一定長度（如２０，３０，70-mer等）的寡核苷酸單鏈探針代替全長cDNA點樣，制成芯片。其優點：無需擴增，防止擴增失敗影響實驗；減少非特異雜交，能有效區分有同源序列的基因；雜交溫度均一，提高雜交效率；減少二級結構。此外，寡核苷酸芯片還可以通過原位合成法制備，而cDNA芯片只能通過后者制備。上述特點使得寡核苷酸芯片的應用日益廣泛。但是當寡核苷酸序列較短時，單一的序列不足以代表整個基因，需要用多段序列。
高密度的寡核苷酸芯片作為一個有力的工具廣泛用于分析基因組數據，與傳統的凝膠分析方法比較起來，具有成本低、高通量、高度自動化的優點，這些寡核苷酸芯片，已廣泛用于用遺傳變異掃描、分子條編碼、基因表達檢測及測序。寡核苷酸芯片主要用途包括：

1）臨床診斷方面。用于研究人類多基因相關性疾病（如癌癥、心血管疾病等），發現相關的基因及其相互作用機理，尋找早期發現，早期診斷的方法；同時還可制成外源性病原體相關基因芯片，如病毒性肝炎芯片等；

2）基因功能研究。應用基因芯片可以開展DNA測序、基因表達檢測、基因突變性、基因功能研究、尋找新基因、單核苷酸多態性（SNP）測定等研究；

3）藥物篩選和新藥開發。采用了基因芯片技術來尋找藥物靶標，查檢藥物的毒性或副作用，用芯片作大規模的篩選研究可以省略大量的動物試驗，縮短藥物篩選所用時間，在基因組藥學（pharmacogenomics）領域帶動新藥的研究和開發；并可指導實現合理用藥。

４）環境監測和指導高科技農業等。監測流行病和傳染病擴散；監測有害微生物的發生和傳播；農、林、牧、漁等產業的品種改良和病蟲防治。

５）其它。如DNA身份認定等。