梯度凝膠電泳不是在單一濃度（孔徑）的凝膠上進行，而是形成梯度凝膠。從凝膠頂部到底部丙烯酰胺的濃度呈梯度變化。凝膠梯度是通過梯度混合器形成的，高濃度的丙烯酰胺溶液首先加入到玻璃平板中，而后溶液濃度呈梯度下降，因此在凝膠的頂部孔徑較大，而在凝膠的底部孔徑較小。梯度凝膠電泳也通常加入SDS，并有濃縮膠。電泳過程與SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳基本類似。
與單一濃度的凝膠相比，梯度凝膠有幾個優點：
① 首先，梯度凝膠比單一濃度凝膠的分離范圍更寬，可以同時分離較大范圍分子量的蛋白質。單一凝膠電泳對于分子量超過其分離范圍的蛋白質，過大或過小，都不能分離。而梯度凝膠孔徑范圍比單一凝膠大，分子量較大的蛋白質可以在凝膠頂部大孔徑部分得到分離，而分子量較小的蛋白質可以在凝膠底部小孔徑部分得到分離，所以分子量較大和較小的蛋白質可以同時得到分離。例如用4％～30％的梯度膠可以分離分子量5萬～200萬的蛋白質。
② 另一個優點是梯度凝膠可以分辨分子量相差較小，在單一濃度凝膠中不能分辨的蛋白質。電泳過程中，蛋白質在梯度凝膠中遷移，經過的孔徑越來越小，直到凝膠的孔徑不能通透，這樣電泳過程中蛋白質就被濃縮，集中在一個很窄的區帶中。而分子量略小的蛋白質可以遷移得更靠前一些，被集中在略前面的區帶中。由于梯度凝膠孔徑逐步變小，在蛋白質不能通透的孔徑附近對蛋白有濃縮作用，所以電泳后形成很窄的區帶，可以分辨出分子量相差較小的蛋白質。對于太稀的樣品，在電泳過程中可以將樣品分幾次加樣，大小不同的蛋白質分子zui終都會滯留在其相應的凝膠孔徑中而得到分離。
③ 可以直接測定天然狀態蛋白質的分子量而不需要解離為亞基，因此這一方法可以與SDS-PAGE測定分子量的方法互為補充。
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