可溶性抗原（如細菌浸出液、含菌病料浸出液、血清以及其他來源的蛋白質、多糖質、類脂體等）與其相應的抗體相遇后，在電解質參與下，抗原抗體結合形成白色絮狀沉淀，出現白色沉淀線，此種現象稱為沉淀反應。沉淀反應中的抗原叫沉淀原（precipitinogen）,與沉淀原發生反應的抗體稱為沉淀素（precipitin）。沉淀反應的發生機制與凝集反應基本相同。不同之點是：沉淀原分子小，單位體積內總面積大，故在定量試驗時，通常稀釋抗原。

沉淀反應主要包括有環狀沉淀反應、絮狀沉淀反應和瓊脂擴散反應。

環狀沉淀反應是最早的沉淀反應，目前在鏈球菌的分類、鑒定，昆蟲吸血性能及所吸血液來自何種動物的鑒別，肉品種屬鑒定及炭疽尸體與皮張的檢驗工作中仍然應用。主要是用已知的抗體診斷未知的抗原。

絮狀沉淀反應是將抗原與血清在試管內混合，在電解質存在的情況下，抗原抗體復合物可形成混濁沉淀或絮狀沉淀凝聚物，此法通常用于毒素與抗毒素的滴定。

瓊脂凝膠免疫擴散（Agar－gel immunodiffusion）是沉淀反應的一種形式，是指抗原抗體在瓊脂凝膠內擴散，特異性的抗原抗體相遇后，在凝膠內的電解質參與下發生沉淀，形成可見的沉淀線。這種反應簡稱瓊脂擴散。

抗原抗體擴散使用的凝膠種類很多，除瓊脂外還有明膠、果膠、聚丙烯酰胺等，因此總的名稱叫免疫擴散（Immunodiffusion 簡寫為ID）。瓊脂擴散是免疫擴散中的一種方法。

瓊脂擴散的原理是：物質自由運動形成擴散現象，擴散可以在各種介質中進行。我們所使用的1％～2%的瓊脂凝膠，瓊脂形成網狀構架，空隙中是98％~99%的水，擴散就在此水中進行。1％~2%瓊脂所形成的構架網孔較大，允許分子量在20萬以下甚至更大些的大分子物質通過，絕大多數可溶性抗原和抗體的分子量在20萬以下，因此可以在瓊脂凝膠中自由擴散，所受阻力甚小。二者在瓊脂凝膠中相遇，在最適比例處發生沉淀，此沉淀物因顆粒較大而不擴散，故形成沉淀帶。