SIMS主要包括一次離子源、進樣室、質量分析器、真空系統、數據處理系統等部分，對于絕緣樣品還配有電荷補償的電子中和槍，同時根據分析目的不同，還配有不同的離子源，常見的有氣體放電源（如O、Ar、Xe）、表面電離源（如Cs）、熱隙源（如C60）和液態金屬及團簇源（如Bin、Aun、Ga）等。
這是用來檢測材料的一種表面分析儀器，即是利用離子束把待分析的材料從表面濺射出來，然后再檢測出離子組分并進行質量分析。它是對微粒進行同位素分析的有力工具，但它不能直接分辨同量異位數和確認元素，也難以高效率地在環境樣品中尋找特定成分的微粒。