用一次离子束轰击表面，将样品表面的原子溅射出来成为带电的离子，然后飞行时间或者磁偏转质谱仪分析离子的荷/质比，便可知道表面的成份；

它是一种非常灵敏的表面成份分析手段，对某些元素可达到ppm量级；但由于各种元素的二次离子差额值相差非常大，作定量分析非常困难。

二次离子质谱仪，是最前沿的表面分析技术。二次离子质谱仪揭示了真正表面和近表面原子层的化学组成，其信息量也远远超过了简单的元素分析，可以用于鉴定有机成分的分子结构。二次离子质谱仪广泛套用于微电子技术、化学技术、纳米技术以及生命科学之中，它可以在数秒内对表面的局部区域进行扫描和分析，生成一个表面成分图。