原理
使試樣中各組分電離生成不同荷質比的離子，經加速電場的作用，形成離子束，進入質量分析器，利用電場和磁場使發生相反的速度色散——離子束中速度較慢的離子通過電場后偏轉大，速度快的偏轉小；在磁場中離子發生角速度矢量相反的偏轉，即速度慢的離子依然偏轉大，速度快的偏轉小；當兩個場的偏轉作用彼此補償時，它們的軌道便相交于一點。
與此同時，在磁場中還能發生質量的分離，這樣就使具有同一質荷比而速度不同的離子聚焦在同一點上，不同質荷比的離子聚焦在不同的點上，將它們分別聚焦而得到質譜圖，從而確定其質量。
質譜法還可以進行有效的定性分析，但對復雜有機化合物分析就無能為力了，而且在進行有機物定量分析時要經過一系列分離純化操作，十分麻煩。
而色譜法對有機化合物是一種有效的分離和分析方法，特別適合進行有機化合物的定量分析，但定性分析則比較困難，因此兩者的有效結合將提供一個進行復雜化合物高效的定性定量分析的工具。
用法
分離和檢測不同同位素的儀器。儀器的主要裝置放在真空中。將物質氣化、電離成離子束，經電壓加速和聚焦，然后通過磁場電場區，不同質量的離子受到磁場電場的偏轉不同，聚焦在不同的位置，從而獲得不同同位素的質量譜。
質譜方法最早于1913年由J.J.湯姆孫確定，以后經 F.W.阿斯頓等人改進完善。現代質譜儀經過不斷改進，仍然利用電磁學原理，使離子束按荷質比分離。質譜儀的性能指標是它的分辨率，如果質譜儀恰能分辨質量m和m+Δm，分辨率定義為m/Δm。現代質譜儀的分辨率達 105 ～106 量級，可測量原子質量精確到小數點后7位數字。
質譜儀最重要的應用是分離同位素并測定它們的原子質量及相對豐度。測定原子質量的精度超過化學測量方法，大約2/3以上的原子的精確質量是用質譜方法測定的。由于質量和能量的當量關系，由此可得到有關核結構與核結合能的知識。
對于可通過礦石中提取的放射性衰變產物元素的分析測量，可確定礦石的地質年代。質譜方法還可用于有機化學分析，特別是微量雜質分析，測量分子的分子量，為確定化合物的分子式和分子結構提供可靠的依據。由于化合物有著像指紋一樣的獨特質譜，質譜儀在工業生產中也得到廣泛應用。
固體火花源質譜：對高純材料進行雜質分析。可應用于半導體材料有色金屬、建材部門;氣體同位素質譜：對穩定同位素C、H、N、O、S及放射性同位素Rb、Sr、U、Pb、K、Ar測定，可應用于地質石油、醫學、環保、農業等部門。