Beim MOCVD-Verfahren wird ein Gasstrom über einen beheizten Wafer (je nach abzuscheidendem Material typischerweise bei Temperaturen zwischen 400°C – 1300°C) geleitet. Der Gasstrom beinhaltet sogenannte „Prekursoren“, also Moleküle wie zum Beispiel Trimethylgallium und Ammoniak (TMGa, NH3), die sich unter Wärmeeinwirkung zersetzen. So werden zum Beispiel für das Wachstum von GaN pro Prekursormolekül je ein Gallium- (Ga) und ein Stickstoffatom (N) freigesetzt und in den Kristall eingebaut. Die Kristallschicht baut sich auf diese Weise Atomlage für Atomlage nach oben hin fort. Über die Konzentration der Prekursormoleküle im Gasstrom kann die Kristallzusammensetzung eingestellt werden. So lassen sich zum Beispiel durch das zusätzliche Einbringen von Trimethylindium (TMIn) in die Gasphase Schichten aus InGaN herstellen. Die Mengenverhältnisse aus In und Ga in der hergestellten Halbleiterschicht ergeben sich somit durch die relativen Konzentrationen der Prekursormoleküle in der Gasphase. 

Das MOCVD-Verfahren ermöglicht außerdem über den schnellen Austausch der Gase im Reaktor das Wachstum von unterschiedlichen Materialschichten übereinander. So bilden zum Beispiel dünne Schichtfolgen aus GaN und InGaN das Herz einer blauen oder weißen LED.

Für eine kostengünstige Produktion ist eine hohe Ausbeute hinsichtlich Nutzung der Prekursoren, aber auch Gleichförmigkeit der hergestellten Halbleiterwafer eine Grundvoraussetzung. Besonderes Augenmerk wird hier unter anderem auf die Auslegung des Gasstromes im Reaktor gelegt, aber auch auf die Homogenität der Temperaturverteilung.