Chiết lỏng – lỏng trong xử lý mẫu huyết tương là chuyển chất phân tích từ nền mẫu huyết tương (pha nước) sang dung môi hữu cơ không hoà tan với nước, đồng thời tách được chất phân tích ra khỏi các tạp có trong nền mẫu [71]. Để chiết được chất phân tích trong mẫu huyết tương và loại được tạp chất có trong nền mẫu cần phải chọn được dung môi chiết có khả năng hoà tan chất phân tích nhưng hoà tan ít tạp chất và dễ bay hơi khi đem cô, còn chất phân tích trong mẫu huyết tương (pha nước) cần chuyển sang dạng trung tính (các chất có bản chất base sẽ được kiềm hoá, các chất có bản chất acid sẽ được acid hoá) trước khi chiết để tăng khả năng hoà tan chất phân tích trong dung môi chiết. Các dung môi thường được lựa chọn để chiết chất phân tích trong mẫu huyết tương là diethylether, chloroform, dicloromethan,…Các dung môi này có thể dùng riêng rẽ hay trộn lẫn vào nhau theo tỷ lệ thích hợp tuỳ từng chất phân tích. Sau khi chọn được dung môi chiết, chiết chất phân tích trong huyết tương bằng cách: Lắc, ly tâm, hút lớp dung môi với thể tích xác định, đem cô, thu được cắn và hoà tan cắn trong pha động để tiêm sắc kí.
So với kỹ thuật tủa protein thì kỹ thuật chiết lỏng – lỏng phức tạp hơn, phải trải qua nhiều bước tiến hành hơn và có thể cho tỷ lệ thu hồi thấp hơn nên được sử dụng trong ít các nghiên cứu đánh giá SKD chế phẩm chứa MH [46], [52]. Ưu điểm của phương pháp này là mẫu thu được sạch hơn và có thể làm giàu mẫu. Vì vậy, có thể kết hợp đồng thời kỹ thuật tủa protein và chiết lỏng – lỏng để xử lý mẫu vì có thể làm nền mẫu sạch hơn và khả năng thu hồi chất phân tích tốt hơn.