Substancje o cząsteczkach mniejszych niż wartość obcięcia membrany są wolno wymieniane w obie strony między płynem infuzyjnym a tkanką.
Odzysk substancji przez sondę zależy od wartości obcięcia membrany, długości i średnicy membrany, szybkości przepływu płynu infuzyjnego, temperatury oraz niespecyficznego wiązania szeregu substancji do membrany.
Płyn wydostaje się przez wylot sondy mikrodializacyjnej i od tego momentu nazywa się go płynem perfuzyjnym, bądź mikrodializatem. Mikrodializat zazwyczaj nie wymaga dalszej obróbki i może zostać natychmiast poddany dalszym badaniom, najczęściej metodami elektroforezy kapilarnej (CE), spektrometrii mas (MS), radioimmunologicznymi (RIA), immunoenzymatycznymi (ELISA), bądź wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC).
Zastosowanie Może być stosowana w medycynie do oznaczania farmakokinetyki podanych leków w określonym miejscu organizmu, np. w kilku tkankach jednocześnie. Metoda ta ma również zastosowanie w badaniu ilości substancji naturalnie występujących w organizmie.