基因表達檢測的最終技術目標是能確定所關注的任何組織、細胞的RNA的絕對表達量。可以先從樣本中抽提RNA，再標記RNA，然后將這些標記物作探針與芯片雜交，就可得出原始樣本中不同RNA的量。然而用于雜交的某個特定基因的RNA的量與在一個相應雜交反應中的信號強度之間的關系十分復雜，它取決于多種因素，包括標記方法、雜交條件、目的基因的特征和序列。所以芯片的方法最好用于檢驗兩個或多個樣本中的某種RNA的相對表達量。樣本之間某個基因表達的差異性（包括表達的時間、空間特性及受干擾時的改變）是基因表達最重要的，而了解RNA的絕對表達豐度只為進一步的應用或多或少地起一些作用。

雙色雜交：為了最大限度地增加差異顯示的可靠性和精確性，我們用兩種具有不同光譜的熒光染料標記兩種不同樣本，然后混合這兩種探針，并同時與一張芯片雜交的方法來直接對比這兩種樣本。兩樣本中的一種基因的相對表達量可通過同源目的基因的兩種染料的熒光強度的比值檢測出來。這個比值對以上討論的那些可能影響與某個特定基因雜交探針絕對量，但不影響兩種標記探針雜交相對量的因素不敏感。

DNA基因表達譜芯片的應用范圍：最簡單的基因表達譜檢測是比較兩種不同細胞或組織樣本中的與芯片陣列中相應基因對應的mRNA的相對豐度。例如，可對比試驗干預前后，或經某種處理后連續時段內的細胞以及不同分化時期的細胞，也可以對比突變型和野生型之間的mRNA表達的不同方式。這種試驗方法靈活，使研究者可以收集到有關每種基因表達調節的更準確信息。例如，通過一張芯片上的多核糖體RNA和總mRNA的對比雜交，可以測出每個基因的翻譯效率；通過細胞核和細胞質中的polyA RNA樣本的差異性雜交，可以估計出細胞核與細胞質中的每種polyA RNA的分布：同樣的方法還可以調查其它類型的亞細胞單位。

I型和II型試驗：許多受關注的生物學問題都能用雙色雜交試驗這種最簡單的方法來研究。即兩種樣本直接在一張芯片上進行比較（被稱為I型試驗）。然而，對于需要對比多個樣本的復雜問題，這種直接的比較就不適用了。針對這種情況，我們使用一種替代的試驗設計，即在每次雜交中加一個一般對照作參考，這樣既保持了雙色雜交內部對照的本質特征，又可形成在大量樣本中的推斷對比，而不需要每個成對樣本單獨對比（這樣的試驗設計為II型試驗）。這種方法最普遍的應用是用于時段（time-course）試驗，即每個時點（timepoint）與一個原始時點作對比。由于在某個時點的一個特定基因的量相對于一個固定的參照（原始時點）而被檢測，那么就可研究通過這個時段的每個基因的活動方式。參照物不一定與被檢驗的樣本有關系，參照物最主要的屬性是它應提供一個雜交信號，這樣在芯片上任何一個目的基因的雜交信號比值的分母就不會為零。因為在被對比的大量樣本中，一個理想的參照物對于每個樣本來說，都是一樣材料的混合，在這個混合物中，在一個樣本中表達的任何一個基因，也會在參照物中表達出來。