Ionizacijski maseni spektrometar može doći u mnogo različitih oblika za mnoge različite namjene; međutim, svi rade na istim osnovnim principima. Uzorak se stavlja u ionizacijski maseni spektrometar, a njegove čestice se električno nabijaju, mijenjajući ih u ione. Ti se ioni zatim razvrstavaju po svojoj masi i mjere, stvarajući spektar koji identificira sve kemijske komponente uzorka. Sposobnost preciznog identificiranja kemikalija i njihovog sastava korisna je u mnogim znanstvenim disciplinama, uključujući geologiju, arheologiju i razumijevanje kemijskog sastava planeta i zvijezda. Jedna od najvažnijih upotreba ionizacijskog masenog spektrometra je u medicinskom istraživanju i liječenju, gdje uređaj može identificirati tragove kemikalija u ljudskom tijelu kako bi dijagnosticirao bolest i proučavao kemijske učinke lijekova.
Znanstvenici koji proučavaju Zemlju koriste masene spektrometre u razne svrhe. U geologiji, točna mjerenja komponenti drevnih stijena mogu dati uvid u njihovu starost i uvjete koji su postojali kada su nastale. U vremenskim studijama, masena spektrometrija može identificirati točne razine različitih plinova u uzorcima arktičke ledene jezgre, govoreći znanstvenicima razine stakleničkih plinova koji su postojali u Zemljinoj atmosferi tijekom desetaka tisuća godina. Znanstvenici su čak uspjeli upotrijebiti masenu spektrometriju kako bi identificirali ostatke masivnog udara meteora za koji se vjeruje da je izazvao izumiranje dinosaura.
Proučavajući naš Sunčev sustav, znanstvenici nisu koristili samo ionizacijski maseni spektrometar za proučavanje uzoraka meteorita koji su pali ovdje na Zemlju, već su također integrirali uređaje u svemirske letjelice. Dvije svemirske letjelice Viking poslane na Mars 1975. godine imale su ugrađeni ionizacijski maseni spektrometar za traženje kemijskih znakova života. Sonda Huygens, koja je 2005. sletjela na Titan, najveći Jupiterov mjesec, koristila je ionizacijski maseni spektrometar za proučavanje atmosfere i sastava površine Mjeseca.
Medicinske znanosti uvelike koriste ionizacijske masene spektrometre. U istraživanju se koriste za identifikaciju kemikalija u prirodi koje bi mogle imati medicinske svrhe i pomoći razumjeti kako te tvari u interakciji s drugim kemikalijama u ljudskom tijelu. Kada se dijagnosticira bolest, koriste se za identifikaciju kemikalija, kao što su toksini, koji mogu negativno utjecati na pacijenta. Također se koriste za identifikaciju proteina, enzima i drugih bioloških spojeva prisutnih u tijelu koji mogu dati uvid u to što uzrokuje bolest osobe.
Ionizacijski maseni spektrometri također se koriste izvan medicine i istraživanja. Mogu se koristiti za mjerenje kvalitete zraka u zgradama ili tvornicama, za praćenje čistoće proizvoda u industriji ili čak za identificiranje alternativnih izvora sirovina. Ionizacijski maseni spektrometar nastavlja pronalaziti nove namjene i primjene doslovno svugdje gdje je znanje o točnom kemijskom sastavu tvari informativno ili korisno.