“芯片實驗室”即lab-on-a-chip的直譯，并非嚴格定義的科學概念，而是一個新興的領域。從理論上講，所有生物和化學實驗室功能的微型化方法都可以用芯片實驗室技術來描述。具有代表性的芯片實驗室技術是針對小規模流體操縱的微流控技術。此外，芯片實驗室技術還包含了非流動的靜態微型實驗系統，如生物芯片的定義。這樣的芯片系統通常是微陣列芯片，如基因芯片、蛋白質芯片等。

芯片實驗室特點是流體的流動速度不受控制，是微流控芯片的一種特殊類型。這種芯片通常通過檢測點陣上的不同反應(如雜交、蛋白質相互作用等)來進行分析，其功能比較有限。相對來說，能控制流體運動的微流控芯片種類、功能和用途都比較廣泛。許多物理科學(物理、化學、力學等)、生命科學和工程學的研究者都十分重視這項技術，并將其應用于這些領域的實驗研究。

大多數的化學和生物學實驗都是在溶液狀態下進行的。在化學和生物實驗中，研究者對液體體積和通量的要求越來越低，對實驗自動化、操控性的要求也越來越高，傳統的攜帶和轉移液體操作的器械和工具(如燒杯、試管、培養皿等)已不再能滿足科學工作者的需要。這種新的技術手段必須具有操作體積較小、尺寸更小、實驗流量更大、更自動化控制等特點。微流體芯片正是在這種需要下應運而生的一項技術，用于微量甚至微量液體的操作和分析。

就微流控芯片的發展歷史來看，這種技術的孕育與發展是必然的。科學研究和醫療市場的需求，再加上微電子領域相關加工技術的日益成熟，促使微流控芯片技術的產生，加快了其發展。分子分析在醫學衛生、檢驗檢疫、環境監測、勞動保護、司法鑒定等領域都有廣泛而廣泛的需求。將色譜、毛細管電泳等分離分析技術的微型化，成為市場的實際需求。在這種需求的背后，是巨大的醫療診斷消費群體和國家安全需要。在分子生物學研究日益深入的今天，需要更大通量、更低消耗的實驗技術。

微流體芯片技術正代表著這一趨勢，與現代分子生物學、基因組學、蛋白質組學等學科的發展同步。20世紀后半期，快速發展的微電子行業積累了大量的微加工經驗，這些經驗使許多微流控芯片加工所需的理論和技術成熟，許多相關設備和儀器也相繼誕生，相應的新材料不斷涌現；同時，由于產業的推動和市場的擴大，加工成本也大大降低。在1975年，斯坦福大學的研究人員使用微加工技術，在一塊硅片上蝕刻出細小的管道，用作氣相色譜的色譜柱，用于研究微量氣體的分離分析。這種裝置可能是現代意義上第一個微流體設備。

但由于技術等因素的限制，該芯片一直沒有得到足夠的重視。隨之而來的是微流控技術的發展進入了一個相對滯后時期。自1990年以來，微全分析技術被提出，微流控芯片進入了快速發展時期。研究者深入合作，開展了一系列早期毛細管電泳芯片的開創性工作。這個時期，絕大多數芯片是在硅和玻璃基片上制備的，直接借鑒了微電子領域成熟的硅基微加工技術。

自1998年以來，人們提出了軟蝕刻技術的概念，從那以后，以彈性材料為核心的硅氧烷(PDMS)時代宣告了微流控芯片技術進入了一個新的快速發展階段。2000年，以PDMS材料為基礎，在加州理工學院提出了一種新型的氣動微閥和微泵的概念。該研究小組于2002年10月以“大規模微流控芯片集成”為題在美國《科學》雜志上發表論文，介紹了集成了數千個微閥和反應器的微流控芯片，這標志著該芯片從簡單的電泳分離到大規模集成的技術飛躍。目前，微流體芯片已成為一門綜合應用研究領域，涉及到分離分析、化學合成、醫學診斷學、細胞生物學、神經生物學、系統生物學、結構生物學、微生物學。