Méthode de référence, cette technique a été mise au point par GRABAR et WILLIAMS dans les années 50, et adaptée en microméthode par SCHEIDEGGER. Il s'agit d'une réaction d'immunoprécipitation en milieu gélifié. Le premier temps consiste en une migration électrophorétique en gel d'agarose ou de gélose après dépôt de la solution à analyser dans un puits. Cette migration est effectuée en tampon alcalin de faible molarité. A la fin de la migration une rigole transversale est creusée dans la gélose et un antisérum y est déposé. Ce deuxième temps immunologique consiste donc en une double diffusion dans un plan perpendiculaire à l'axe de migration électrophorétique.
Aux zones d'équivalence respectives il se forme autant d'arcs de précipitation qu'il y a de systèmes antigène-anticorps. Initialement les protéines sont séparées selon leur charge, et se répartissent selon le profil électrophorétique habituel, des plus négatives au plus positives : albumine, a1-, a2-, b- et g- globulines. L'utilisation d'antisérums globaux, reconnaissant toutes les protéines du sérum humain, permet ensuite de démembrer chaque groupe en visualisant les arcs respectifs de précipitation. L'analyse peut être poursuivie, en cas de pic à l'électrophorèse ou d'anomalie à l'IEL,, en utilisant des antisérums monospécifiques de chaque chaîne lourde et de chaque chaîne légère des immunoglobulines. L'homogénéité de charge de l'immunoglobuline monoclonale entraîne une incurvation de l'arc de précipitation contrastant avec la courbure harmonieuse et régulière des immunoglobulines polyclonales, anomalie qui se retrouve dans la même zone de migration pour une seule chaîne lourde et une seule chaîne légère pour un sérum donné en cas d'immunoglobuline monoclonale complète. (Figure 1)
Cette analyse est toujours effectuée en comparaison avec un sérum humain normal, pour les trois isotypes majeurs (IgG, IgA et IgM). Compte-tenu des concentrations physiologiques inférieures au seuil de sensibilité de l'immunoélectrophorèse, l'étude pour les IgD et les IgE est faîte en comparaison avec une immunoglobuline monoclonale connue de l'isotype concerné, et non avec le sérum humain normal. A noter que les antisérums anti-Ig polyvalents ne reconnaissent en général pas les chaînes légères libres ; l'identification de ces dernières nécessite l'emploi d'antisérums monospécifiques
L'étude du sérum doit toujours être couplée à celle des urines en cas de suspicion de gammapathie monoclonale. En effet, dans la majorité des cas de myélome à Bence Jones, il peut arriver que la chaîne légère monoclonale sérique ne soit pas détectable, car trop minime, parfois sans hypogammaglobulinémie conséquente : seule l'analyse des urines permet alors de redresser le diagnostic en visualisant un important pic correspondant à des chaînes légères d'un seul type.(Figure 2)
Malgré l'emploi d'immunsérum polyvalent et l'étude comparative avec un sérum humain normal, ou, en cas d'immunoglobuline monoclonale connue, avec l'échantillon de sérum précédent conservé en sérothèque, l'immunoélectrophorèse, ne peut être considérée comme quantitative et reste une méthode d'analyse essentiellement qualitative ou semi-quantitative.
Elle a comme principaux inconvénients d'avoir un délai de réponse long de par sa méthodologie (au moins trois jours), d'être difficilement automatisable et de nécessiter une grande expertise pour sa réalisation et son interprétation. Comme l'immunofixation, elle est soumise aux causes d'erreur des techniques de précipitation (excès d'antigène, etc…)