因為探測空間非常小，所以采用高靈敏度的方法對微流控芯片的應用至關重要。因為激光誘導熒光檢測技術具有極高的靈敏度，到目前為止，已被廣泛采用。應用于微流控芯片的最常見的LIF探測系統是共聚焦探測系統，Mathies和Huang對此作了詳細描述。LIF通過二色分光鏡反射進入多孔物鏡中，利用一個激發光源產生一束連續的經過校準的光束，進入多孔物鏡，物鏡將激光匯聚成一束很窄的光束聚焦在微通道內熒光標記物上，用于激發熒光。由熒光標記物發出的熒光經二色分光鏡采集并校準后返回。從這個方向上，分光鏡將激光反射，使相對長波的熒光通過。

一種消除色差的透鏡將光聚焦到一個空間濾光器的入口(共聚焦孔道)，后者與顯微物鏡具有共聚焦。只有微流控芯片聚焦區的光可以通過微流控芯片，因此，產生于微流控芯片表面的散射光和從通道外產生的熒光被消除，從而增加了信噪比，從而構成一個高靈敏度的檢測系統。

光通過空間濾光器后，再輸入到一種或數種檢測器，例如光電倍增管(PMT)或電荷逆變器件(CCD)等。PMT或CCD輸出可經前置放大、數字化后輸入計算機進行處理，得到有用的信息。相對于單通道微流控芯片，對陣列微流控芯片LIF的檢測更加困難。微通道數組可以用激光掃描，這樣可以減少任務循環的次數，也可以使用連續光照方法，但是這會降低單微通道上作用的激光強度，而且兩者都降低了信噪比。Simpson等構建了一套不完善的陣列微流控芯片檢測系統，并將其應用于基因型檢測中，開發出實用的微流控芯片LIF檢測系統仍是一大挑戰。

毛細管電泳微流控芯片的光吸收檢測也有一定的應用，但微加工的光路長度有限，嚴重影響了檢測靈敏度。在傳統毛細管電泳檢測中，由于電子器件具有穩定弱電流，檢測精度已達到毫摩爾量級，光路長度達到50-100Nm。為了進一步提高微流控芯片的檢測靈敏度，Bruin在上面加工了一臺140Nm的U型探測器，該探測器可以探測到6NNI級的熒光素，并集成UV一可見吸收探測器，Liang等人在U型檢測室兩側加工了另外兩個用于放置光纖的通道，用于將入射光導入檢測室和將透射光導入光學檢測器。

其他光學檢測方法有：化學發光法、電化學發光法、非熒光光學探測法等。