Hmotnostní spektrometrie identifikuje molekuly podle jejich hmotnosti. Vzorek se odpaří, ionizuje a urychlí magnetickým nebo elektrickým polem. Ionty se oddělí na základě poměru hmotnosti k náboji. Detektor zaznamenává množství každého iontu. Výsledkem je hmotnostní spektrum, graf intenzity versus poměru hmotnosti k náboji. Je to jedna z nejcitlivějších a nejvšestrannějších dostupných analytických technik.

Přístroj má několik komponent. Zdroj iontů přeměňuje molekuly na ionty, často elektronovým nárazem nebo elektrosprejovou ionizací. Hmotnostní analyzátor odděluje ionty pomocí technologie měření doby letu, kvadrupólu nebo iontové pasti. Detektor počítá ionty. Počítač zpracovává data. Tandemová hmotnostní spektrometrie neboli MS/MS fragmentuje ionty a analyzuje fragmenty, čímž poskytuje strukturní informace.

Hmotnostní spektrometrie se používá v chemii, biologii, medicíně a environmentálních vědách. Identifikuje neznámé sloučeniny, kvantifikuje léky a metabolity v krvi, detekuje znečišťující látky ve vodě a sekvenuje proteiny. Používá se v dopingové kontrole, forenzní vědě a bezpečnosti potravin. Dokáže detekovat atomoly látky, což je několik set tisíc molekul.

Tato technika vyžaduje pečlivou přípravu vzorku a kalibraci přístroje. Není levná. Ale co se týče citlivosti a specificity, je těžké ji překonat. Je to pracant analytické chemie.