Ionisaatiomassaspektrometriä voi olla monessa eri muodossa moniin eri käyttötarkoituksiin; kaikki toimivat kuitenkin samojen perusperiaatteiden mukaisesti. Näyte asetetaan ionisaatiomassaspektrometriin, ja sen hiukkaset varautuvat sähköisesti ja muuttavat ne ioneiksi. Nämä ionit lajitellaan sitten massansa mukaan ja mitataan, jolloin luodaan spektri, joka tunnistaa kaikki näytteen kemialliset komponentit. Kyky tunnistaa kemikaalit ja niiden koostumus tarkasti on hyödyllinen monilla tieteenaloilla, kuten geologiassa, arkeologiassa ja planeettojen ja tähtien kemiallisen rakenteen ymmärtämisessä. Yksi ionisaatiomassaspektrometrin tärkeimmistä käyttötarkoituksista on lääketieteellisessä tutkimuksessa ja hoidossa, jossa laite voi tunnistaa ihmiskehon kemikaalijäämät sairauden diagnosoimiseksi ja lääkkeiden kemiallisten vaikutusten tutkimiseksi.
Maata tutkivat tutkijat käyttävät massaspektrometrejä eri tarkoituksiin. Geologiassa muinaisten kivien komponenttien tarkat mittaukset voivat antaa käsityksen niiden iästä ja olosuhteista, jotka olivat olemassa niiden muodostumisen aikana. Säätutkimuksissa massaspektrometria voi tunnistaa tarkat eri kaasujen pitoisuudet arktisella jääydinnäytteellä kertoen tutkijoille maapallon ilmakehässä kymmenien tuhansien vuosien aikana esiintyneiden kasvihuonekaasujen tasot. Tiedemiehet ovat jopa pystyneet tunnistamaan massaspektrometrian avulla massiivisen meteori -iskun jäännökset, joiden uskotaan aiheuttaneen dinosaurusten sukupuuton.
Tutkiessaan aurinkokuntamme tiedemiehet eivät ole ainoastaan käyttäneet ionisaatiomassaspektrometriä tutkiakseen täällä maan päällä pudonneita meteoriittinäytteitä, vaan myös integroineet laitteet avaruusaluksiin. Molemmilla Viking-avaruusaluksilla, jotka lähetettiin Marsiin vuonna 1975, oli kussakin oma ionisaatiomassaspektrometri etsimään kemiallisia elämänmerkkejä. Huygens -koetin, joka laskeutui Titanille, Jupiterin suurimmalle kuulle, vuonna 2005, käytti ionisaatiomassaspektrometriä kuun ilmakehän ja pinnan koostumuksen tutkimiseen.
Lääketieteet käyttävät laajasti ionisaatiomassaspektrometrejä. Tutkimuksessa niitä käytetään tunnistamaan luonnossa olevia kemikaaleja, joilla voi olla lääketieteellistä käyttöä, ja auttamaan ymmärtämään, miten nämä aineet ovat vuorovaikutuksessa muiden ihmiskehon kemikaalien kanssa. Kun sairaus diagnosoidaan, niitä käytetään tunnistamaan kemikaaleja, kuten myrkkyjä, jotka voivat vaikuttaa haitallisesti potilaaseen. Niitä käytetään myös tunnistamaan proteiineja, entsyymejä ja muita kehossa olevia biologisia yhdisteitä, jotka voivat antaa käsityksen siitä, mikä aiheuttaa henkilön sairauden.
Ionisointimassaspektrometrejä voidaan käyttää myös lääketieteen ja tutkimuksen ulkopuolella. Niitä voidaan käyttää rakennusten tai tehtaiden ilmanlaadun mittaamiseen, tuotteiden puhtauden seurantaan teollisuudessa tai jopa vaihtoehtoisten raaka -ainelähteiden tunnistamiseen. Ionisaatiomassaspektrometri löytää edelleen uusia käyttötarkoituksia ja sovelluksia kirjaimellisesti kaikkialla, missä tieto aineen tarkasta kemiallisesta koostumuksesta on informatiivista tai hyödyllistä.