工作原理
1. 利用聚焦的一次離子束在樣品上進行穩定的轟擊，一次離子可能受到樣品表面的背散射（機率很小），也可能穿透固體樣品表面的一些原子層深入到一定深度，在穿透過程中發生一系列彈性和非彈性碰撞。一次離子將其部分能量傳遞給晶格原子，這些原子中有一部分向表面運動，並把能量傳遞給表面離子使之發射，這種過程成為粒子濺射。在一次離子束轟擊樣品時，還有可能發生另外一些物理和化學過程：一次離子進入晶格，引起晶格畸變；在具有吸附層覆蓋的表面上引起化學反應等。濺射粒子大部分為中性原子和分子，小部分為帶正、負電荷的原子、分子和分子碎片；
2. 電離的二次粒子（濺射的原子、分子和原子團等）按質荷比實現質譜分離；
3. 收集經過質譜分離的二次離子，可以得知樣品表面和本體的元素組成和分布。在分析過程中，質量分析器不但可以提供對於每一時刻的新鮮表面的多元素分析數據。而且還可以提供表面某一元素分布的二次離子圖像。
4. TOF（Time of Flight）的獨特之處在於其離子飛行時間只依賴於他們的質量。由於其一次脈衝就可得到一個全譜，離子利用率最高，能最好地實現對樣品幾乎無損的靜態分析，而其更重要的特點是只要降低脈衝的重複頻率就可擴展質量範圍，從原理上不受限制。
技術優勢
1. 優異的摻雜劑和雜質檢測靈敏度。可以檢測到ppm或更低的濃度
2. 深度剖析具有良好的檢測限制和深度辨析率
3. 小面積分析（10 µm 或更大）
4. 檢測包含H在內的元素及同位素
5. 優良的動態範圍（6 orders of magnitude）
6. 在某些套用中可能用來做化學計量/組成成份
主要用途
1. 摻雜劑與雜質的深度剖析
2. 薄膜的成份及雜質測定 （金屬、電介質、鍺化矽 、III-V族、II-V族）
3. 超薄薄膜、淺植入的超高深度辨析率剖析
4. 矽材料整體分析，包含B, C, O,以及N
5. 工藝工具（離子植入）的高精度分析
局限性
1. 破壞性
2. 樣品必須是固態以及真空兼容
3. 要分析的元素必需是已知的
