GUS（葡萄糖苷酸酶）染色的原理主要基於GUS基因編碼的β-葡萄糖苷酸酶（β-glucuronidase）的特性。這種酶能催化許多β-葡萄糖苷酯類物質的水解。在GUS染色實驗中，常用的底物是X-Gluc（5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-葡萄糖苷酸酯）。當X-Gluc進入被測組織，如果該組織含有GUS基因並表達了GUS酶，在適宜條件下，GUS酶可以將X-Gluc水解成藍色物質。這個藍色物質是經氧化二聚作用形成的靛藍染料，使具有GUS活性的部位或位點呈現藍色，這個藍色可以通過肉眼或在顯微鏡下觀察到。藍色的深淺在一定程度上可以反映出GUS活性。
由於絕大多數植物細胞內不存在內源GUS活性，GUS基因廣泛用作轉基因植物的報告基因，用於觀察轉基因植物中外源基因的表達情況。