增强子和转录因子（TFs）在调节细胞过程中至关重要。目前研究基因调控机制中这些元件的多组学技术缺乏多路复用能力和可扩展性。在这里，我们提出了单细胞超高通量多重测序（SUM-seq），用于共检测单核中染色质的可及性和基因表达。SUM-seq能够分析数百万个细胞规模的数百个样品，其性能优于当前的高通量单细胞方法。我们证明了SUM-seq的能力解析巨噬细胞M1和M2极化的时间基因调控以桥接TF调节网络和免疫疾病遗传变异，定义原代T辅助细胞亚群的调控景观，以及剖析通过阵列CRISPR筛选扰乱谱系TF在自发分化人诱导多能干细胞中的影响。SUM-seq为超高通量单细胞多组学测序提供了一种经济高效、可扩展的解决方案，可加速细胞分化、对扰动和疾病研究的反应中复杂基因调控网络的解开。