质谱仪可以比一枚硬币小，也可以装满非常大的房间。虽然不同仪器类型有不同的应用，但是其工作原理相同。测量单位为道尔顿（Da），代替其它单位，比如原子质量单位（amu）。1Da=单个碳12（12C）同位素原子质量的1/12。以前认为质谱仪不具定量能力，仅能作为定性设备，辅助化合物的鉴定。但现今，已经证实质谱兼具定性和定量功能。只有分子转化为气相离子后，质谱仪才能测量其质量。为了达到这一目的，质谱仪使分子带上电荷，然后将带电离子流转化为数据系统能够识别的成比例电流。数据系统将这一电流转化为数字信息，得到质谱图。

图 2：a)像色谱图形一样，当总离子电流随时间改变时，总离子电流（TIC）的丰度增加。b)每个峰的数字部分表示此刻的离子，其构成了离子电流，离子电流通常被称为轮廓图或连续采集。X或‘时间'轴为质荷比（m/z），在图谱中（比如同位素）能读出相邻离子的分辨率。c)轮廓图谱通常缩减为‘棒状图，从每个峰的顶点降低质心，形成棒状图，从而减小存放文件的大小，有利于增加分辨信息。对目标分析物，有很多适合的方式，使其电离成离子：
1) 在平面上，激光激发溶解在基质中的化合物，比如基质辅助激光解吸离子化（MALDI）法。
2) 通过与带有能量的离子或电子的相互作用，比如电子轰击离子化（EI）。
3) 自身输送过程的一部分，像我们已熟知的电喷雾电离（ESI），在此种电离中，从液相色谱流出的洗脱液经高电压作用，从气溶胶中形成离子。

例子按照其质荷比（m/z），进行分离、检测而得到测量。将相对离子流（信号）与m/z制图，得到质谱图。小分子通常仅带单一电荷：因此m/z是质量与1的比值。"1"表示在离子化过程中增加了一个质子（表示为M+H+，或如果丢失一个质子表示为M-H-），或如果丢失一个电子形成离子，被称为自由基正离子（M+）。质谱仪的准确性，或质谱仪怎样测量实际真实的质量，可在本入门指南的后续章节中看到。较大分子自身结构的多个位点可捕获电荷。小肽通常能带2个电荷（M+2H+），而非常大的分子具有多个位点，可使用简单的算法，推断谱图中表示的离子质量。

图 3：当准确校正后，低分辨率的质谱仪也可以得到非常准确的质量，但是因为较多的数据挤占了有限的分辨空间，因此不能提供更多的谱图信息。常见的含有9个氨基酸的Bradykinin多肽的代谢片段（BK1-5或Arg-Pro-Pro-Gly-Phe），ACE（血管紧缩素转化酶）用于扩张血管的抑制剂，可携带2个电荷（单个电荷或M+H的单同位素值为573.3149，而双电荷峰，或M+2H为287.1614）。戴带双电荷的同位素峰，也会挤占有效的分辨空间。

能够分析的分子有多大？
解吸电离扩展了分析的能力，可分析分子量大、非挥发性、易碎的分子。对分子量40,000Da的常规检测，其准确度可达0.01%，（即质量偏差在4Da）允许过程中发生较小变化的测定，比如蛋白质的翻译后修饰。可带多个电荷扩展了质谱仪的测量范围，可以超越其设计的上限，可检测1000000Da或更大的质量。
同位素和元素的质谱仪
天然同位素丰度已清楚的表征。虽然通常认为丰度比较稳定，但是同位素丰度可能出现显著的特征性改变。在代谢研究中，应用同位素比例测定（同位素丰富的元素作为示踪剂），在气候研究中，测量温度依赖性氧和碳的变化。在实际中，使用高准确性的质谱仪，测量前，将复杂分子转化为简单分子化合物，这样转化后的化合物能通过扇形磁质谱仪检测。元素分析通常针对无机材料，确定元素组成，而不是结构，在一些情况下，可分析固体金属样品。常见于诱导偶合等离子体（ICP）源，放电器（或较低能量的发光放电）电离样品。在万亿分之一（ppt）水平使用专用仪器检测较为常见。