Un spectromètre de masse comprend une source d'ions qui produit des ions à partir de substance à analyser, les accélère et en forme un faisceau ; un analyseur qui, au moyen de combinaisons variées de champs électriques et magnétiques, sépare les espèces ioniques en faisceaux distincts qu'il filtre, selon le rapport m/e de leur masse à leur charge ; enfin, un détecteur met en évidence la présence d'ions et informe sur leur abondance.

Les spectromètres sont constitués d'un système dispersif (prisme, réseau, etc.) qui décompose le rayonnement à étudier et soit d'un récepteur transmettant à chaque instant une seule fréquence et procédant à un balayage du spectre (spectromètre à monochromateur), soit d'un grand nombre de récepteurs qui analysent simultanément de nombreux éléments du spectre.