双向免疫扩散法是利用琼脂凝胶为介质的一种沉淀反应。即可溶性抗原与相应抗体在琼脂介质中相互扩散，彼此相遇，在比例适当处形成沉淀线。根据沉淀线的有无、形状和位置对抗原或抗体进行定性分析，也可用于抗体的半定量检测。
将可溶性抗原（如小牛血清）与相应抗体（如兔抗小牛血清的抗体）混合，当两者比例合适并有电解质（如氯化钠、磷酸盐等）存在时，即有抗原―抗体复合物的沉淀出现，此为沉淀反应（precipitin reaction）。如以琼脂凝胶为支持介质，则在凝胶中出现可见的沉淀线、沉淀弧或沉淀峰。根据沉淀出现与否及沉淀量的多寡，可定性、定量地检测出样品中抗原或抗体的存在及含量。免疫学的一些测定方法即基于此特性。
双向扩散法（double diffusion），最早由Ouchterlony创立，故又称Ouchterlony法。琼脂凝胶是多孔的网状结构，大分子物质可以自由通过，这种分子的扩散作用使分别两处的抗原和相应抗体相遇，形成抗原―抗体复合物，比例合适时出现沉淀。由于凝胶透明度高，可直接观察到复合物的沉淀线（弧）。沉淀线（弧）的特征与位置取决于抗原相对分子质量的大小、分子结构、扩散系数和浓度等因素。当抗原、抗体存在多种系统时，会出现多条沉淀线（弧）。依据沉淀线（弧）可以定性抗原。
双向扩散法操作简便、灵敏度高，是最为常用的免疫学测定抗原和测定抗血清效价的方法。