SPME有三種基本的萃取模式：直接萃取（Direct Ectraction SPME）、頂空萃取(Headspace SPME)和膜保護(hù)萃取（membrane-protected SPME）。

　　1）直接萃取

　　直接萃取方法中，涂有萃取固定相的石英纖維被直接插入到樣品基質(zhì)中，目標(biāo)組分直接從樣品基質(zhì)中轉(zhuǎn)移到萃取固定相中。在實(shí)驗(yàn)室操作過程中，常用攪拌方法來加速分析組分從樣品基質(zhì)中擴(kuò)散到萃取固定相的邊緣。對于氣體樣品而言，氣體的自然對流已經(jīng)足以加速分析組分在兩相之間的平衡。但是對于水樣品來說，組分在水中的擴(kuò)散速度要比氣體中低3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，因此須要有效的混勻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)樣品中組分的快速擴(kuò)散。比較常用的混勻技術(shù)有：加快樣品流速、晃動(dòng)萃取纖維頭或樣品容器、轉(zhuǎn)子攪拌及超聲。

　　這些混勻技術(shù)一方面加速組分在大體積樣品基質(zhì)中的擴(kuò)散速度，另一方面減小了萃取固定相外壁形成的一層液膜保護(hù)鞘而導(dǎo)致的所謂“損耗區(qū)域”效應(yīng)。

　　2）頂空萃取

　　在頂空萃取模式中，萃取過程可以分為兩個(gè)步驟：１、被分析組分從液相中先擴(kuò)散穿透到氣相中；２、被分析組分從氣相轉(zhuǎn)移到萃取固定相中。這種改型可以避免萃取固定相受到某些樣品基質(zhì) （比如人體分泌物或尿液）中高分子物質(zhì)和不揮發(fā)性物質(zhì)的污染。在該萃取過程中，步驟2的萃取速度總體上遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于步驟１的擴(kuò)散速度，所以步驟１成為萃取的控制步驟。因此揮發(fā)性組分比半揮發(fā)性組分有著快得多的萃取速度。實(shí)際上對于揮發(fā)性組分而言，在相同的樣品混勻條件下，頂空萃取的平衡時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于直接萃取平衡時(shí)間。

　　3）膜保護(hù)萃取

　　膜保護(hù)SPME的主要目的是為了在分析很臟的樣品時(shí)保護(hù)萃取固定相避免受到損傷，與頂空萃取ＳＰＭＥ相比，該方法對難揮發(fā)性物質(zhì)組分的萃取富集更為有利。另外，SPME(固相微萃取頭)由特殊材料制成的保護(hù)膜對萃取過程提供了一定的選擇性。