儀器的主要裝置放在真空中。將物質(zhì)氣化、電離成離子束，經(jīng)電壓加速和聚焦，然后通過磁場電場區(qū)，不同質(zhì)量的離子受到磁場電場的偏轉(zhuǎn)不同，聚焦在不同的位置，從而獲得不同同位素的質(zhì)量譜。質(zhì)譜方法最早于1913年由J.J.湯姆孫確定，以后經(jīng)F.W.阿斯頓等人改進完善。現(xiàn)代質(zhì)譜儀經(jīng)過不斷改進，仍然利用電磁學(xué)原理，使離子束按荷質(zhì)比分離。質(zhì)譜儀的性能指標(biāo)是它的分辨率，如果質(zhì)譜儀恰能分辨質(zhì)量m和m+Δm，分辨率定義為m/Δm。現(xiàn)代質(zhì)譜儀的分辨率達105～106量級，可測量原子質(zhì)量精確到小數(shù)點后7位數(shù)字。

　　質(zhì)譜儀重要的應(yīng)用是分離同位素并測定它們的原子質(zhì)量及相對豐度。測定原子質(zhì)量的精度超過化學(xué)測量方法，大約2/3以上的原子的精確質(zhì)量是用質(zhì)譜方法測定的。由于質(zhì)量和能量的當(dāng)量關(guān)系，由此可得到有關(guān)核結(jié)構(gòu)與核結(jié)合能的知識。對于可通過礦石中提取的放射性衰變產(chǎn)物元素的分析測量，可確定礦石的地質(zhì)年代。質(zhì)譜方法還可用于有機化學(xué)分析，特別是微量雜質(zhì)分析，測量分子的分子量，為確定化合物的分子式和分子結(jié)構(gòu)提供可靠的依據(jù)。由于化合物有著像指紋一樣的*質(zhì)譜，質(zhì)譜儀在工業(yè)生產(chǎn)中也得到廣泛應(yīng)用。