기체 이온을 일정속도로 가속해 전기장 또는 자기장 속을 통과시키면 이온의 흐름이 그 질량에 의해 구부러져 이온은 그 전하(電荷) e와 질량 m의 비 m/e에 따라 나누어지므로, 가로축에 m/e의 값을, 세로축에는 질량분석기(質量分析器)인 경우 사진건판에 나타난 그 흑화도(黑化度)를, 질량분석계(質量分析計)인 경우 전기적으로 검출한 이온 전류의 값을 기록한 것. 전기장 V에 의해 가속된 이온의 운동에너지는 그 속도를 v라 하면 (1/2)=eV이며, 이 이온은 진행방향에 수직인 자기장 H속에 들어가면 원운동을 하는데, 그 반지름을 r라 하면 반지름은 자기력과 원심력이 서로 균형을 이루어야 하기 때문에 =r=Hev가 된다.

따라서 r=mv/He이며, 주어진 가속전압(加速電壓)과 자기장의 세기에서는, v, H가 일정하므로, m/e의 비가 같은 이온은 모두 동일한 궤도를 그린다.

가속전압과 자기장의 세기를 적당히 조절하면 특정한 m/e의 이온만을 검출할 수 있어, 그 크기의 차례로 배열한 질량스펙트럼이 얻어진다.

질량분석기로 얻어지는 스펙트럼은 원자핵의 질량결손을 측정할 수 있을 만큼 정밀도가 높으며, 동위원소의 존재비(存在比)의 측정, 무기 및 유기물질의 정성(定性)·정량(定量), 구조해석 등에 이용된다.