Divdimensiju (2D) gēla elektroforēze ir metode, ko zinātnieki izmanto, lai sadalītu un analizētu olbaltumvielu maisījumus, vispirms atdalot proteīnu joslas pa divām dažādām asīm. Tas ir paņēmiens, ko visbiežāk izmanto, strādājot ar sarežģītiem vai bieziem proteīnu maisījumiem, bieži ar proteīnu izmēriem, kas pārklājas. 2D gēla elektroforēze atšķiras no viendimensijas gēla elektroforēzes, jo iepriekšējā metode izmanto proteīnu atdalīšanu, pamatojoties uz divām dažādām olbaltumvielu īpašībām, savukārt viendimensijas gēla elektroforēze parasti atdala olbaltumvielas, pamatojoties uz vienu raksturlielumu, piemēram, proteīna izmēru.
Gēla elektroforēzi bieži izmanto pētījumos, lai atdalītu molekulas, izmantojot faktu, ka daudzām bioloģiskām molekulām, piemēram, DNS, ir elektriskais lādiņš. Šo faktu var izmantot zinātnieku labā, jo uzlādētas molekulas var atdalīt pēc izmēra, izmantojot porainu substrātu, piemēram, agarozi, piemērojot sprieguma gradientu pāri porainam, jonu gēlam. Laika gaitā molekulas šķērsos šo gēlu pretī lādiņam, kas ir pretējs molekulas dabiskajam lādiņam. Mazas molekulas un stipri lādētas molekulas pārvietojas ātrāk nekā lielas molekulas vai proteīni, kas ir vāji lādēti. 2D gēla elektroforēzē pēc proteīnu atdalīšanas ar vienu raksturlielumu, kas rada gradientu, želeju var pagriezt uz sāniem, lai atdalītu iepriekš radušās joslas, pamatojoties uz otru raksturlielumu.
2D gēla elektroforēze bieži izmanto proteīnu molekulāros lādiņus kā vienu īpašību, ar kuras palīdzību olbaltumvielu agregātus var sadalīt viena komponenta proteīnos. Olbaltumvielu masa ir vēl viena izplatīta īpašība, ko izmanto proteīnu atdalīšanai 2D gēla elektroforēzē. Pēc tam, kad olbaltumvielas tiek darbinātas uz gēla caur vienu joslu viendimensijas gēla elektroforēzē, šo želeju pēc tam var sagriezt centrifūgā, novelkot smagākos proteīnus ātrāk nekā mazākās, mazāk masīvās olbaltumvielas. Vilkšanas virziens ir perpendikulārs virzienam, kurā olbaltumvielas tika izvilktas cauri želejai, pateicoties elektriskajam lādiņam, izmantojot sprieguma gradientu.
Elektroforēzei ir daudz pielietojumu molekulārajos pētījumos, tostarp olbaltumvielu atdalīšana, pamatojoties uz sintezētajām īpašībām, piemēram, proteīnu marķēšanu. Olbaltumvielu atdalīšanu, pamatojoties uz raksturīgu masu, izmanto arī tad, ja olbaltumvielas ir marķētas ar citām molekulām. Šo paņēmienu var izmantot ar šiem proteīnu kompleksiem, jo marķētie proteīni vieglāk izkritīs cauri želejai nekā nemarķētie proteīni.
Lai gan daudzi atdalīšanas gēli laboratorijās ir izgatavoti no agarozes, proteīnu atdalīšanu ar 2D gēla elektroforēzi vislabāk var veikt ar poliakrilamīda gēliem. Šāda veida želejas tiek izmantotas Western Blots un citos proteīna izmēra pārbaudēs. Agarozi biežāk izmanto DNS segmentu atdalīšanai.