Хроматографические методы находят широкое применение в клинической практике. Хроматография на бумаге и ТСХ используют для определения аминокислот, углеводов, нуклеотидов, кетокислот, гормонов и др. в биологических жидкостях (сыворотка крови, моча, слюна, пот) или в экстрактах из тканей в норме и при различных патологических состояниях. Методом хроматографии на бумаге установлены состав и содержание свободных аминокислот в плазме крови и в моче здоровых людей и при некоторых заболеваниях с нарушением азотистого обмена, например при болезнях печени, почек, болезни Вильсона (гепато-церебральная дистрофия), синдроме Фанкони (цистиноз), недостаточности витаминов, фенилкетонурии и других психических заболеваниях, вызванных токсическим действием отдельных аминокислот или продуктов их неправильного обмена на ЦНС В нормальной моче человека на двухмерной бумажной хроматограмме могут быть обнаружены глютаминовая кислота (или глютамин), аланин, глицин, таурин, β-аминоизомасляная кислота (β-АИМК), гистидин или метилгистидин. β-АИМК впервые открыта при помощи хроматографии на бумаге. Эта аминокислота встречается в больших количествах у отдельных индивидуумов (семейный признак); она найдена примерно у 5—10% населения. Остальные аминокислоты могут быть выявлены на хроматограмме после сгущения мочи. Аминоацидурия хроматографически выявляется при печеночной коме, некрозах печени, злокачественных новообразованиях, нефритах, ожогах, голодании. Обнаружение на хроматограммах в моче детей аргининоянтарной кислоты (АЯК) впервые позволило описать и выяснить патогенез наследственного психического заболевания детей, названного аргининоянтарной ацидурией; причиной заболевания является утрата гена, связанного с синтезом сукцинаргиназы. Высокое содержание АЯК в цереброспинальной жидкости вызывает отравление ЦНС.
ТСХ на окиси алюминия и силикагеле используют для качественного и количественного определения гормонов коры надпочечника (17-кетостероидов) и половых гормонов — андростерона и эстрогенов — в плазме крови и моче; этот метод применяют для ранней диагностики беременности и при гормональных заболеваниях. Сочетание электрофореза и хроматографии на бумаге впервые позволило установить различие в аминокислотном составе нормального гемоглобина человека (гемоглобин А) и гемоглобина больных серповидноклеточной анемией (гемоглобин S), положив начало изучению болезненных процессов, совершающихся на молекулярном уровне (при которых клиническое состояние больного обусловлено присутствием химически измененной белковой молекулы).
Хроматография оказалась незаменимой для изучения патогенеза болезней, протекающих с нарушением различных других сторон обмена веществ, что открыло новые диагностические возможности и указало пути к рациональной терапии некоторых заболеваний. Широкое применение находит хроматография в судебно-медицинской экспертизе.