質譜儀能用高能電子流等轟擊樣品分子，使該分子失去電子變為帶正電荷的分子離子和碎片離子。這些不同離子具有不同的質量，質量不同的離子在磁場的作用下到達檢測器的時間不同，其結果為質譜圖。其可廣泛用于有機化學、生物學、地球化學、核工業、材料科學、環境科學、醫學衛生、食品化學、石油化工等領域以及空間技術和工作等特種分析方面。
儀器的主要裝置放在真空中。將物質氣化、電離成離子束，經電壓加速和聚焦，然后通過磁場電場區，不同質量的離子受到磁場電場的偏轉不同，聚焦在不同的位置，從而獲得不同同位素的質量譜。質譜方法于1913年由J.J.湯姆孫確定，以后經 F.W.阿斯頓等人改進完善。該儀器經過不斷改進，仍然利用電磁學原理，使離子束按荷質比分離。其性能指標是它的分辨率，如果恰能分辨質量m和m+Δm，分辨率定義為m/Δm。現代質譜儀的分辨率達 105 ~106 量級，可測量原子質量到小數點后7位數字。
質譜儀較重要的應用是分離同位素并測定它們的原子質量及相對豐度。測定原子質量的精度超過化學測量方法，大約2/3以上的原子的質量是用質譜方法測定的。由于質量和能量的當量關系，由此可得到有關核結構與核結合能的知識。對于可通過礦石中提取的放射性衰變產物元素的分析測量，可確定礦石的地質年代。質譜方法還可用于有機化學分析，特別是微量雜質分析，測量分子的分子量，為確定化合物的分子式和分子結構提供可靠的依據。由于化合物有著像指紋一樣的*質譜，質譜儀在工業生產中也得到廣泛應用。
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