В методе Solexa используются 3'-модифицированные нуклеотиды с присоединенными флюоресцентными метками разных цветов. Модификация нуклеотидов не позволяет ДНК-полимеразе присоединить больше одного нуклеотида. Флюоресценция инициируется коротким импульсом лазера и тип присоединенного нуклеотида определяется по цвету флюоресцентной метки. Модификация нуклеотида блокируется (полимераза теперь может двигаться дальше) и цикл повторяется снова[2][3]. В результате удается определить последовательность ДНК длиной до 250 нуклеотидов. Такую последовательность ДНК называют прочтением или ридом (калька с английского).
Первый секвенатор Genome Analyzer 1G был представлен компанией Solexa в 2006 году. Длина прочтения составляла 30-35 нуклеотида, можно было получить около 1 Gb информации. HiSeq 2000 (2011 год) способен секвенировать 6 человеческих геномов за 11 дней. Длина прочтения составляет 100 нуклеотидов, можно получить 600 Gb информации[4].
ДНК-зависимая ДНК-полимераза синтезирует комплементарную цепь. Встраивание каждого нового нуклеотида регистрируется с помощью камеры.
С помощью Illumina/Solexa можно как определять последовательность мРНК, так и анализировать полный транскриптом клетки. С помощью РНК-секвенирования можно изучать альтернативный сплайсинг, аллель-зависимую экспрессию генов или искать новые транскрипты.
Первым секвенатором, выпущенным компанией Illumina, был Genome Analyzer 1G. На данный момент[когда?] существует несколько моделей. Genome Analyzer IIx — самый популярный секвенатор нового поколения. HiScanSQ — совмещает в себе секвенатор и анализатор для работы с микрочипами. HiSeq 2500 и HiSeq 1500 могут запускаться в двух разных режимах: высокопроизводительное секвенирование (много коротких прочтений по 100 нуклеотидов) и быстрое секвенирование (мало длинных прочтений по 150 нуклеотидов).
Качество секвенирования Q30 означает процент нуклеотидов, для которых вероятность быть ошибочно определенными меньше 0,001.