Sebuah spektrometer massa ionisasi bisa datang dalam berbagai bentuk untuk berbagai kegunaan yang berbeda; namun, semua bekerja dengan prinsip dasar yang sama. Sampel ditempatkan dalam spektrometer massa ionisasi, dan partikelnya bermuatan listrik, mengubahnya menjadi ion. Ion-ion ini kemudian diurutkan berdasarkan massanya dan diukur, menciptakan spektrum yang mengidentifikasi semua komponen kimia sampel. Kemampuan untuk mengidentifikasi bahan kimia dan komposisinya secara akurat berguna dalam banyak disiplin ilmu, termasuk geologi, arkeologi, dan pemahaman susunan kimiawi planet dan bintang. Salah satu kegunaan terpenting dari spektrometer massa ionisasi adalah dalam penelitian dan perawatan medis, di mana perangkat tersebut dapat mengidentifikasi jejak bahan kimia dalam tubuh manusia untuk mendiagnosis penyakit dan mempelajari efek kimia obat.
Para ilmuwan yang mempelajari Bumi menggunakan spektrometer massa untuk berbagai tujuan. Dalam geologi, pengukuran yang akurat dari komponen batuan purba dapat memberikan wawasan tentang usia mereka dan kondisi yang ada ketika mereka terbentuk. Dalam studi cuaca, spektrometri massa dapat mengidentifikasi tingkat yang tepat dari berbagai gas dalam sampel inti es Arktik, memberi tahu para ilmuwan tingkat gas rumah kaca yang ada di atmosfer bumi selama puluhan ribu tahun. Para ilmuwan bahkan telah dapat menggunakan spektrometri massa untuk mengidentifikasi sisa-sisa hantaman meteor besar yang diyakini telah menyebabkan kepunahan dinosaurus.
Dalam mempelajari tata surya kita, para ilmuwan tidak hanya menggunakan spektrometer massa ionisasi untuk mempelajari sampel meteorit yang jatuh di Bumi, tetapi juga mengintegrasikan perangkat tersebut ke dalam pesawat ruang angkasa. Dua pesawat ruang angkasa Viking yang dikirim ke Mars pada tahun 1975 masing-masing memiliki spektrometer massa ionisasi untuk mencari tanda-tanda kimia kehidupan. Penyelidikan Huygens, yang mendarat di Titan, bulan terbesar Jupiter, pada tahun 2005, menggunakan spektrometer massa ionisasi untuk mempelajari atmosfer bulan dan komposisi permukaan.
Ilmu kedokteran banyak menggunakan spektrometer massa ionisasi. Dalam penelitian, mereka digunakan untuk mengidentifikasi bahan kimia di alam yang mungkin memiliki kegunaan obat dan membantu memahami bagaimana zat tersebut berinteraksi dengan bahan kimia lain dalam tubuh manusia. Ketika suatu penyakit didiagnosis, mereka digunakan untuk mengidentifikasi bahan kimia, seperti racun, yang mungkin berdampak buruk bagi pasien. Mereka juga digunakan untuk mengidentifikasi protein, enzim, dan senyawa biologis lain yang ada dalam tubuh yang dapat memberikan wawasan tentang apa yang menyebabkan penyakit seseorang.
Spektrometer massa ionisasi juga memiliki kegunaan di luar kedokteran dan penelitian. Mereka dapat digunakan untuk mengukur kualitas udara di gedung atau pabrik, untuk memantau kemurnian produk di industri, atau bahkan untuk mengidentifikasi sumber bahan baku alternatif. Spektrometer massa ionisasi terus menemukan kegunaan dan aplikasi baru secara harfiah di mana saja sehingga pengetahuan tentang susunan kimia yang tepat dari suatu zat bersifat informatif atau bermanfaat.