① 離子摻雜與離子束改性
從20世紀60年代開始，人們將一定量的硼、磷或其他元素的離子注入到半導體材料中，形成摻雜。摻雜的深度可用改變離子的能量來控制；摻雜的濃度可通過積分離子流強度來控制。離子注入方法的重復性、可靠性比擴散法好。離子注入摻雜在半導體大規模集成電路的生產中已成為重要環節，用離子注入法取代舊的擴散等工藝在有些器件中已成為必然趨勢。
離子注入在金屬材料的改性中獲得的結果十分引人注目。在常用金屬的離子注入改性中，可以提高金屬的硬度、抗腐蝕性能和抗疲勞強度，降低金屬的磨損率。某些絕緣材料如陶器、玻璃、有機材料經離子束照射以后，性質發生重要的變化，獲得新的用途。
離子束照射和摻雜的過程是非熱平衡過程，因此用這種方法可以獲得用一般冶金和化工方法無法得到的新材料。能量較低(50～400keV)的專門用于離子注入的小型加速器“離子注入機”，已成為一種專門設備，體積相當于一臺電子顯微鏡或高壓示波器，使用維護都很方便。在類金剛石材料、高溫超導材料、磁性材料、感光材料等的研究中，已廣泛應用離子束，一門新興的冶金學──“離子注入冶金學”正在形成。② 離子束分析
具有一定能量的離子與物質相互作用會使其發射電子、光子、X射線等，還可能發生彈性散射、非彈性散射以及核反應，產生反彈離子、反沖核、γ 射線、氫核、氚核、粒子等核反應產物，可以提供有關該物質的組分、結構和狀態等信息。利用這些信息來分析樣品統稱離子束分析。在離子束分析方法中，比較成熟的有背散射分析X射線熒光分析、核反應分析和溝道效應（見溝道效應和阻塞效應）與其他分析相結合的分析方法等。此外，利用低能離子束還可作表面成分分析,如離子散射譜(ZSS)、次級離子質譜(SZMS)等。超靈敏質譜（加速器質譜）、帶電粒子活化分析、離子激發光譜、離子激發俄歇電子譜等正在發展中。用于離子束分析的MV級加速器已有專門的商業化設備。
③ 離子束加工
較低能量的離子束廣泛用于工業加工，如離子減薄、離子拋光、離子束打孔、離子束刻蝕、離子束濺射金屬膜等。