A vizes mintákat, a lizált sejteket vagy a homogenizált szöveteket egyenlő mennyiségű fenol-kloroform keverékkel keverjük össze. Ezt az elegyet ezután centrifugáljuk. Mivel a fenol:kloroform keverék nem keverhető a vízzel, a centrifugálás hatására két különböző fázis képződik: egy felső vizes fázis és egy alsó szerves fázis. A vizes fázis feljebb emelkedik, mivel kisebb sűrűségű, mint a fenol:kloroformot tartalmazó szerves fázis. Ez a sűrűségkülönbség az oka annak, hogy a fenolt, amelynek sűrűsége csak kevéssel nagyobb, mint a vízé, össze kell keverni a kloroformmal, hogy a víznél sokkal nagyobb sűrűségű keveréket kapjunk.
A hidrofób lipidek az alsó szerves fázisba osztódnak, a fehérjék pedig a két fázis közötti interfázisban maradnak, míg a nukleinsavak (valamint más szennyező anyagok, például sók, cukrok stb.) a felső vizes fázisban maradnak. A felső vizes fázist ezután le lehet pipettázni. Ügyelni kell arra, hogy a szerves fázisból vagy a határfelületen lévő anyagból ne pipettázzunk ki semmit. Ezt az eljárást gyakran többször végzik el a DNS tisztaságának növelése érdekében. Ez az eljárás nagyméretű, kettős szálú DNS-t eredményez, amely felhasználható PCR-ben vagy RFLP-ben.
Ha az elegy savas, a DNS kicsapódik a szerves fázisba, míg az RNS a vizes fázisban marad. Ennek az az oka, hogy a DNS könnyebben semlegesül, mint az RNS.
Ez a technika a törvényszéki felhasználásban néhány hátrányt is rejt magában. Időigényes és veszélyes reagenseket használ. Továbbá, mivel kétlépcsős eljárás, amely a reagensek csövek közötti átvitelével jár, nagyobb a kontamináció veszélye.