質譜分析是使待測的樣品分子氣化，用具有一定能量的電子束轟擊氣態分子（電子撞擊、化學電離、場致電離、激光），使氣態分子失去一個電子而成為帶電的分子離子，離子生成后，在質譜儀中被電場加速（加速后其動能跟位能相等，mv2/2=zV），當被加速的離子進入磁分析器時，磁場再對離子進行作用，讓每個離子按一定的彎曲軌道繼續前進，其行進的軌道曲率決定于各離子的質量和所帶電荷的比值（m/z）（此時由離子動能產生的離心力（mv2/R）與由磁場產生的向心力（Hzv）相等），通過精確估計這些離子的路徑和速度，就可以十分準確的計算出初始原子的質量。
在分析樣品的質量數之前必須在離子源中將其離子化，分析物的極性決定了離子源的選擇。目前各種離子化方法在分析應用價值上各具獨特之處，沒有單一種類的離子化方法適用于所有的分析需求。對于氣相質譜儀（GC/MS），人們一般會選擇 EI，而 ESI 則多是液相質譜儀（LC/MS）的配臵，還有 MALDI 在生物領域有一定應用。
質量范圍、分辨率是質量分析器的兩個主要性能指標。質量范圍指質譜儀所能測定的質荷比的范圍；分辨率表示質譜儀分辨相鄰的、質量差異很小的峰的能力。高分辨率的質量分析器能夠將兩個質荷比十分相近的被分析物離子信號區分開來。
