因为探测空间非常小，所以采用高灵敏度的方法对微流控芯片的应用至关重要。因为激光诱导荧光检测技术具有的灵敏度，到目前为止，已被广泛采用。应用于微流控芯片的见的LIF探测系统是共聚焦探测系统，Mathies和Huang对此作了详细描述。LIF通过二色分光镜反射进入多孔物镜中，利用一个激发光源产生一束连续的经过校准的光束，进入多孔物镜，物镜将激光汇聚成一束很窄的光束聚焦在微通道内荧光标记物上，用于激发荧光。由荧光标记物发出的荧光经二色分光镜采集并校准后返回。从这个方向上，分光镜将激光反射，使相对长波的荧光通过。

一种消除色差的透镜将光聚焦到一个空间滤光器的入口(共聚焦孔道)，后者与显微物镜具有共聚焦。只有微流控芯片聚焦区的光可以通过微流控芯片，因此，产生于微流控芯片表面的散射光和从通道外产生的荧光被消除，从而增加了信噪比，从而构成一个高灵敏度的检测系统。

光通过空间滤光器后，再输入到一种或数种检测器，例如光电倍增管(PMT)或电荷逆变器件(CCD)等。PMT或CCD输出可经前置放大、数字化后输入计算机进行处理，得到有用的信息。相对于单通道微流控芯片，对阵列微流控芯片LIF的检测更加困难。微通道数组可以用激光扫描，这样可以减少任务循环的次数，也可以使用连续光照方法，但是这会降低单微通道上作用的激光强度，而且两者都降低了信噪比。Simpson等构建了一套不完善的阵列微流控芯片检测系统，并将其应用于基因型检测中，开发出实用的微流控芯片LIF检测系统仍是一大挑战。

毛细管电泳微流控芯片的光吸收检测也有一定的应用，但微加工的光路长度有限，严重影响了检测灵敏度。在传统毛细管电泳检测中，由于电子器件具有稳定弱电流，检测精度已达到毫摩尔量级，光路长度达到50-100Nm。为了进一步提高微流控芯片的检测灵敏度，Bruin在上面加工了一台140Nm的U型探测器，该探测器可以探测到6NNI级的荧光素，并集成UV一可见吸收探测器，Liang等人在U型检测室两侧加工了另外两个用于放置光纤的通道，用于将入射光导入检测室和将透射光导入光学检测器。

其他光学检测方法有：化学发光法、电化学发光法、非荧光光学探测法等。