Les cellules mononucléées du sang peuvent être séparées des autres composantes du sang par leur densité. On dépose du sang dilué et anticoagulé sur une couche de Ficoll-Hypaque (densité de 1,077 g/l). Après centrifugation, les cellules de faible densité, lymphocytes et monocytes, flottent au-dessus du Ficoll alors que toutes les autres composantes du sang forment un culot au fond du tube. Les cellules mononucléées peuvent être récupérées à l'aide d'une pipette. Lors d'une incubation dans des flacons de culture cellulaire, les monocytes adhèrent au plastique, permettant ainsi d'enrichir les lymphocytes non adhérents.
Les lymphocytes T expriment des molécules d'adhésion comme CD2. Cet antigène interagit avec LFA-3 (CD58) à la surface d'érythrocytes de mouton. Un traitement enzymatique à la neuraminidase ou au 2-aminoéthyl-isothiouronium-bromide (AET) rend la molécule d'adhésion sur les érythrocytes plus accessible à l'interaction avec les lymphocytes T. Cela permet la formation de rosettes composées d'une cellule T avec plusieurs érythrocytes de mouton. Les cellules formant des rosettes peuvent être isolées par centrifugation dans un gradient de Ficoll.
Les cellules ne formant pas de rosettes (majoritairement des lymphocytes B et des monocytes) flottent au-dessus de la couche de Ficoll et peuvent être récupérées.
Les flacons ou boîtes de culture cellulaire peuvent être recouverts par des anticorps en présence d'un pH alcalin (panning). Lorsque de telles surfaces recouvertes d'anticorps sont mises en contact avec un mélange cellulaire, les cellules exprimant l'antigène spécifique sont retenues par le plastique alors que les cellules négatives sont éliminées en décantant et en lavant.
Les cellules exprimant l'antigène sont récuperces à l'aide de manipulations mécaniques d'une digestion enzymatique. Le couplage d'ànticorps à des billes ferromagnétiques (bead disponibles en divers diamètres) permet également d'enrichir des populations cellulaire exprimant ou non un antigène (séparation immunomagnétique). À l'aide d'un aimant, les cellules positives chargées de fer sont séparées de la suspension cellulaire. Cette méthode est particulièrement adaptée à l'élimination de cellules non souhaitées (sélection négative). On pem ainsi éliminer une cellule tumorale parmi mille cellules normales, c'est-à-dire atteindre une déplétion d'un facteur de 3 à 4 logarithmes.
À la différence d'un cytomètre de flux «normal», un trieur cellulaire activé à la fluorescence (fluorescence activated cell sorter, FACS) dispose d'un système pour donner des charges électriques aux gouttes contenant les cellules : les gouttes contenant une cellule fluorescente obtiennent une charge positive et celles avec pas de fluorescence, une charge négative. Le flux cellulaire passe ensuite entre des plaques électriques de déviation : les cellules positives et négatives sont déviées en direction opposée et peuvent ainsi être récoltées séparément.