氣體或固體、液體蒸氣的分子受一定能量的電子束轟擊或強電場的作用，失去一個價電子而形成帶正電荷的分子離子；與此同時，分子離子還可進一步發生一些有規律的斷裂，生成各種碎片離子。這些帶有正電荷的離子在電場、磁場作用下按質荷比（用m/z或m/e表示，即離子質量與電荷量的比值）的大小排列、分析，并依次被檢測、記錄，獲得信號強度—質荷比圖譜，即質譜圖。利用該質譜圖對化合物的摩爾質量、分子的化學式、結構式進行測定，這便是質譜分析法（MS）。
質譜分析法具有以下特點：
（1）分析范圍廣。質譜分析可對氣體、液體和固體等直接進行分析。
（2）靈敏度和分辨率高。高分辨質譜分析可測定微小的質量和微小的質量差值，質量小到10-24g（1個原子量單位）都能分辨得相當清楚，兩個粒子間的質量差值為幾十萬分之一克就可分辨得很好。它可以精確地測定樣品分子的摩爾質量，推測樣品的化學式、結構式乃至同位素的豐度比。
（3）用樣量少，分析速度快。質譜分析時的樣品一般只需1mg左右，極限用樣量僅為幾微克。完成一個樣品的分析過程只需幾分鐘。
質譜分析也有局限性。例如，對高摩爾質量有機化合物的測定還有困難。質譜儀是大型復雜的精密儀器，價格比較昂貴，操作條件需要高真空，因此造成使用和維護方面的困難等。盡管如此，質譜分析法仍具有其他譜學方法所不能及的獨到之處，它廣泛應用于有機合成、石油化工、生物化學、環境科學、食品科學、醫藥衛生、生命科學等各個領域中。