用高速电子束的撞击等不同方式使试样分子成为气态带正电离子，其中有分子离子M+和各种分子碎片阳离子。在高压电场（电压为V）加速下，质量m的带正电粒子在磁感应强度为B的磁场中作垂直于磁场方向的圆周运动，其运动半径r与粒子的质荷比（m／e）有如下关系：
显然质荷比大小不同的正离子将按不同的曲率半径依次分散成不同离子束。当连续改变加速板极电压或磁场时，就可将不同质量的粒子依次聚焦在出射狭缝上，通过出射狭缝的离子流碰撞在收集极上，然后被转化为光电信号记录成质谱图。根据质谱图的位置可进行定性和结构分析，而根据峰的强度可进行定量分析。
质谱分析法的特点与应用范围是：
（1）主要用以确定分子量。广泛用于有机物的分析，也可作为结构分析之用，因此是很好的定性分析的工具。
（2）灵敏度高。目前用于有机物分析的质谱仪的灵敏度可达到100pg数量级。
（3）操作简单，分析时间短，准确度高。
（4）与色谱仪联用，对混合物试样可以同时进行分离和鉴定，从而可快速获取有关信息。