質譜儀的真空系統通常分為兩級。
初級真空系統為二級真空系統提供基本真空支持。二級真空系統通常直接與質譜儀腔體相連，使質譜儀達到真空狀態。值得注意的是，四級桿質譜儀的真空并非高真空(0.001 Pa)[3]。離子在極桿中運動，大量的能量由電場中獲得。為形成穩定的離子云，四級桿質譜中需要存在極為微量的氣體用來吸收過量的動能。四級桿質譜儀的真空通常為飛行時間質譜(1e-5 Pa)[4]的百分之一，為軌道離子阱質譜(1e-14 Pa)[5]的百億分之一。
初級真空
初級真空通常采用機械泵(Roughing Pump)或卷泵(Scroll Pump)。真空程度大約為1 mTorr (0.13 Pa)。
機械泵相對卷泵價格低廉，然而需要潤滑油才能操作。在進行對氣體敏感的分析時，尤其是大氣科學領域，通常選擇使用卷泵而不是機械泵。
二級真空
二級真空通常采用渦輪分子泵(Turbomolecular Pump)或分散泵(Diffusion Pump)。
分子泵體積小，效率相對分散泵要高。通常的分子泵都可以支持350 L/min的氣流速度，較為高端的分子泵可以實現1e-14 Pa的超高真空。
分散泵體積龐大，可達到1-2米。在現代儀器中，基本已經被渦輪分子泵取代。
對于四級桿質譜儀所需的真空條件，通常渦輪分子泵在30分鐘內即可達到。分散泵則需要20-80小時。