工作原理：如图所示，离子源S产生质量为m，电荷量为q的正离子（重力不计）离子出来时速度很小（可忽略不计），经过电压为U的电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期而达到记录它的照片P上，测得它在P上的位置到入口处的距离为L，则。
联立求解得：因此，只要知道q、B、L与U，就可计算出带电粒子的质量m。又因m∝，不同质量的同位素从不同处可得到分离，故质谱仪又是分离同位素的重要仪器。