Ένα φασματόμετρο μάζας ιονισμού μπορεί να έχει πολλές διαφορετικές μορφές για πολλές διαφορετικές χρήσεις. Ωστόσο, όλοι λειτουργούν με τις ίδιες βασικές αρχές. Ένα δείγμα τοποθετείται σε ένα φασματόμετρο μάζας ιονισμού και τα σωματίδια του φορτίζονται ηλεκτρικά, μετατρέποντάς τα σε ιόντα. Στη συνέχεια αυτά τα ιόντα ταξινομούνται με βάση τη μάζα τους και μετρώνται, δημιουργώντας ένα φάσμα που προσδιορίζει όλα τα χημικά συστατικά του δείγματος. Η ικανότητα αναγνώρισης χημικών ουσιών και της σύνθεσής τους με ακρίβεια είναι χρήσιμη σε πολλούς επιστημονικούς κλάδους, συμπεριλαμβανομένης της γεωλογίας, της αρχαιολογίας και της κατανόησης της χημικής σύνθεσης των πλανητών και των αστεριών. Μία από τις πιο σημαντικές χρήσεις ενός φασματόμετρου μάζας ιονισμού είναι στην ιατρική έρευνα και θεραπεία, όπου η συσκευή μπορεί να εντοπίσει ίχνη χημικών στο ανθρώπινο σώμα για τη διάγνωση ασθένειας και τη μελέτη των χημικών επιδράσεων των φαρμάκων.
Οι επιστήμονες που μελετούν τη Γη χρησιμοποιούν φασματόμετρα μάζας για διάφορους σκοπούς. Στη γεωλογία, ακριβείς μετρήσεις των συστατικών των αρχαίων πετρωμάτων μπορούν να δώσουν πληροφορίες για την ηλικία τους και τις συνθήκες που υπήρχαν όταν σχηματίστηκαν. Σε μελέτες καιρού, η φασματομετρία μάζας μπορεί να προσδιορίσει τα ακριβή επίπεδα διαφόρων αερίων σε δείγματα πυρήνα πάγου της Αρκτικής, λέγοντας στους επιστήμονες τα επίπεδα αερίων του θερμοκηπίου που υπήρχαν στην ατμόσφαιρα της Γης κατά τη διάρκεια δεκάδων χιλιάδων ετών. Οι επιστήμονες μπόρεσαν ακόμη και να χρησιμοποιήσουν φασματομετρία μάζας για να αναγνωρίσουν τα υπολείμματα της τεράστιας απεργίας μετεωριτών που πιστεύεται ότι προκάλεσε την εξαφάνιση των δεινοσαύρων.
Κατά τη μελέτη του ηλιακού μας συστήματος, οι επιστήμονες όχι μόνο χρησιμοποίησαν το φασματόμετρο μάζας ιονισμού για να μελετήσουν δείγματα μετεωριτών που έχουν πέσει εδώ στη Γη, αλλά έχουν επίσης ενσωματώσει τις συσκευές σε διαστημόπλοια. Τα δύο διαστημόπλοια Viking που στάλθηκαν στον Άρη το 1975 διέθεταν το καθένα ένα φασματόμετρο μάζας ιονισμού για να αναζητήσει χημικά σημάδια ζωής. Ο ανιχνευτής Huygens, ο οποίος προσγειώθηκε στον Τιτάνα, το μεγαλύτερο φεγγάρι του Δία, το 2005, χρησιμοποίησε ένα φασματόμετρο μάζας ιονισμού για να μελετήσει την ατμόσφαιρα και τη σύνθεση της επιφάνειας του φεγγαριού.
Οι ιατρικές επιστήμες κάνουν εκτεταμένη χρήση φασματόμετρων μάζας ιονισμού. Στην έρευνα, χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό χημικών ουσιών στη φύση που μπορεί να έχουν ιατρική χρήση και βοηθούν στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αυτές οι ουσίες αλληλεπιδρούν με άλλες χημικές ουσίες στο ανθρώπινο σώμα. Όταν διαγιγνώσκεται μια ασθένεια, χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό χημικών ουσιών, όπως οι τοξίνες, που μπορεί να επηρεάσουν αρνητικά έναν ασθενή. Χρησιμοποιούνται επίσης για τον εντοπισμό πρωτεϊνών, ενζύμων και άλλων βιολογικών ενώσεων που υπάρχουν στο σώμα που μπορεί να δώσουν μια εικόνα για το τι προκαλεί την ασθένεια ενός ατόμου.
Τα φασματόμετρα μάζας ιονισμού έχουν επίσης χρήσεις εκτός ιατρικής και έρευνας. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της ποιότητας του αέρα σε κτίρια ή εργοστάσια, για την παρακολούθηση της καθαρότητας των προϊόντων στη βιομηχανία ή ακόμη και για τον εντοπισμό εναλλακτικών πηγών πρώτων υλών. Το φασματόμετρο μάζας ιονισμού συνεχίζει να βρίσκει νέες χρήσεις και εφαρμογές κυριολεκτικά οπουδήποτε η γνώση της ακριβούς χημικής σύνθεσης μιας ουσίας είναι κατατοπιστική ή ωφέλιμη.