離子探針是用聚焦的一次離子束作為微探針轟擊樣品表面，測射出原子及分子的二次離子，在磁場中按質荷比（m/e）分開，可獲得材料微區質譜圖譜及離子圖像，再通過分析計算求得元素的定性和定量信息。
測試前對不同種類的樣品須作不同制備，離子探針兼有電子探針、火花型質譜儀的特點。可以探測電子探針顯微分析方法檢測極限以下的微量元素，研究其局部分布和偏析。可以作為同位素分析。可以分析極薄表面層和表面吸附物，表面分析時可以進行縱向的濃度分析。
成像離子探針適用于許多不同類型的樣品分析，包括金屬樣品、半導體器件、非導體樣品，如高聚物和玻璃產品等。廣泛應用于金屬、半導體、催化劑、表面、薄膜等領域中以及環保科學、空間科學和生物化學等研究部門。