它用離子轟擊固體表面，然后將從表面濺射的二次離子引入質量分析器，并在質量分離后，從檢測記錄系統獲得分析表面的元素或化合物的組分。
二次離子法是一種有效的表面分析方法，因為離子束入射到固體表面時的穿透深度比電子淺。
而且，由于離子的質量大，原始離子束與表面原子之間存在大量的動能交換，因此表面原子產生一定程度的濺射。
只要使用低能量，低束密度的初級離子束，這種濺射效應對表面的影響可以降低到表面分析所允許的程度。
根據不同的工作模式，二次離子質譜儀可分為靜態二次離子質譜儀，動態二次離子質譜儀，二次離子成像質譜儀和二次離子微探測梁。
靜態二次離子質譜儀處于超高真空條件下（10-8~10-9 Pa），具有低射束電流密度（約1×10-9 A / cm2）和大轟擊面積（典型面積為0.1 cm） 2）初級離子束用于轟擊樣品表面，將樣品的表面速率降低到單層以下。
這種儀器的檢測器通常采用以脈沖計數模式操作的通道型電子倍增器。
圖1顯示了靜態二次離子質譜儀的原理。
除了表面單層檢測外，該質譜儀還可用于研究氣體和固體之間的化學反應。
與前者不同，動態二次離子質譜儀的一次離子束具有更高的能量，更高的束密度和更大的束斑直徑。
它具有高分析靈敏度和高樣品消耗率。
二次離子質譜儀通常消耗單層樣品的時間少于分析所需的時間，稱為動態二次離子質譜儀;具有大于一個單層的分析信息深度的二次離子質譜儀也可以稱為動態二次離子質譜儀。
二次離子成像質譜儀和二次離子微探測束是使用扇形磁場質量分析儀的大型二次離子質譜儀。
兩者都具有成像能力，并且都具有高空間分辨率和質量分辨率。
在成像原理方面，前者類似于發射電子顯微鏡，并利用離子光學系統的直接成像原理。
后者利用電子檢測光束的成像原理，用非常小的原始離子束掃描樣品表面，然后將質量分離的二次離子束調整到一定質量數，與原始離子同步光束。
在掃描的情況下，記錄被分析表面上的元素或化合物分布的圖像。
與其他表面分析方法不同，二次離子質譜的特點是能夠檢測從氫到鈾的所有元素，同位素和化合物;它的特征還在于檢測轟擊樣品表面的初級離子（“指紋”）。
二次離子光譜是基于的。
因此，二次離子質譜可以提供關于表面元素的信息以及關于化學組分的信息。
二次離子質譜法具有高靈敏度，可檢測10-2~10-7單層，最小可檢測質量為10-14克，最小可檢測濃度為1 ppm至1 ppb。
由于使用濺射原理，在動態操作模式中容易直接進行包括縱向的三維分析。
可以在某些條件下進行定量和半定量分析。
除了分析半導體材料中的痕量雜質外，二次離子質譜還廣泛應用于金相學，薄膜和催化研究以及有機化合物分析。
