質譜分析透過質量來識別分子。樣品被汽化、電離，並在磁場或電場中加速。離子根據其質荷比分離。檢測器記錄每種離子的豐度。結果得到質譜圖，即強度與質荷比的關係圖。它是目前最靈敏、用途最廣泛的分析技術之一。

本儀器由多個組件構成。離子源將分子轉化為離子，通常採用電子轟擊或電噴霧電離方式。質譜分析器利用飛行時間、四極桿或離子阱技術分離離子。檢測器對離子進行計數。計算機處理資料。串聯質譜（MS/MS）將離子碎片化並分析碎片，從而提供結構資訊。

質譜技術廣泛應用於化學、生物、醫學和環境科學領域。它可以鑑定未知化合物，定量分析血液中的藥物及其代謝物，檢測水中的污染物，並進行蛋白質定序。它也被用於興奮劑檢測、法醫學和食品安全等領域。質譜技術能夠檢測阿托摩爾級的物質，即數十萬個分子。

這項技術需要精細的樣品製備和儀器校準，成本不低。但就靈敏度和特異性而言，它幾乎無可匹敵，是分析化學領域的主力軍。