用高速電子束的撞擊等不同方式使試樣分子成為氣態帶正電離子，其中有分子離子M+和各種分子碎片陽離子。在高壓電場（電壓為V）加速下，質量m的帶正電粒子在磁感應強度為B的磁場中作垂直于磁場方向的圓周運動，其運動半徑r與粒子的質荷比（m／e）有如下關系：
顯然質荷比大小不同的正離子將按不同的曲率半徑依次分散成不同離子束。當連續改變加速板極電壓或磁場時，就可將不同質量的粒子依次聚焦在出射狹縫上，通過出射狹縫的離子流碰撞在收集極上，然后被轉化為光電信號記錄成質譜圖。根據質譜圖的位置可進行定性和結構分析，而根據峰的強度可進行定量分析。
質譜分析法的特點與應用范圍是：
（1）主要用以確定分子量。廣泛用于有機物的分析，也可作為結構分析之用，因此是很好的定性分析的工具。
（2）靈敏度高。目前用于有機物分析的質譜儀的靈敏度可達到100pg數量級。
（3）操作簡單，分析時間短，準確度高。
（4）與色譜儀聯用，對混合物試樣可以同時進行分離和鑒定，從而可快速獲取有關信息。