質譜儀是按照離子的質荷比(m/z)不同，來分離不同分子量的分子，測定分子量進行成分和結構分析。質譜儀需要在高真空下工作，通常真空度達到10-6Torr。質譜組成有離子源、質量分析器、檢測器，假如說儀器真空度達不到，可能會發生一下情況：大量氧會燒壞離子源的燈絲；用作加速離子的幾千伏高壓會引起放電；引起額外的離子-分子反應，改變裂解模型，譜圖復雜化等。
離子源的主要作用是使待分析的樣品實現離子化，尤其是中性物質帶上電荷。再抽真空狀態下試樣氣流，離子束經過推斥極、加速極、聚焦狹縫。氣相質譜儀常用的離子源有電子轟擊電離源 Electron Ionization (EI)，化學電離源 Chemical Ionization (CI)。這兩種離子源適合弱極性或半極性，只可形成單電荷離子，可分析小分子化合物。質譜中最常用的離子源，一般為70 ev電子束，遠大于多數有機化合物的電離電位(7~15 ev)，會使相當多的分子離子進一步裂解。主要用于揮發性樣品，樣品需經過汽化，才能進入電離區。電子電離源碎片離子多，結構信息豐富，有標準化合物質譜庫，并且適用于分子量低于1000的樣品。 而有些化合物穩定性差，為了得到分子量可采用化學電離，CI源是通過離子—分子反應而完成的，準分子離子強度高，便于推算分子量。
質量分析器是質譜儀器的核心，將離子按m/z順序分開而獲得質譜。質量分析器是質譜儀的核心部件，因此常以質量分析器的類型來命名一臺質譜儀。四級桿質量分析器是氣相質譜中使用比較多的質量分析器，在四根對立的電極上相對采用對位的交頻電壓，通過固定頻率的交頻電壓使固定核質比的離子可以通過。由四根棒狀電極，相對的兩個電極相連，形成四極場，其特點是靈敏度高。通過改變掃描電壓，將使不同質荷比的分子碎片離子到達檢測器，得到質譜圖。
離子阱質量分析器是一個環電極和上下兩端蓋電極，環電極和上下兩端蓋電極都是繞Z軸旋轉的雙曲面。一種通過電場或磁場將氣相離子控制并貯存一段時間的裝置。原理類似四級質量分析器，特定m / z離子在阱內一定軌道上穩定旋轉，改變端電極電壓，不同m/z離子飛出阱到達檢測器。即用高頻交流電把離子限制在離子阱里，然后用離子的特征電壓分別將其推出離子阱，到檢測器檢測。
質譜儀檢測器種類有：電子倍增器、光子倍增器、法拉第杯、陣列檢測器。電子倍增器工作原理是從質量分析器出來的離子轟擊陰極導致電子發射，電子在電場的作用下，依次轟擊下一級電極而被放大，電子倍增器的放大倍數一般在105～108。電子倍增器中電子通過的時間很短，利用電子倍增器可以實現高靈敏、 快速測定。類似于光電倍增管，由四級桿出來的離子打到高能級產生電子，電子經倍增器產生電信號，記錄不同離子的信號即得質譜。其中信號增益與檢測器電壓有關，提高檢測器電壓可以提高靈敏度，但降低檢測器壽命。
所以總結來說，離子源是使試樣分子在高真空條件下離子化的裝置。電離后的分子因接受了過多的能量會進一步碎裂成較小質量的多種碎片離子和中性粒子。它們在加速電場作用下獲取具有相同能量的平均動能而進入質量分析器。質量分析器是將同時進入其中的不同質量的離子，按質荷比m/z大小分離的裝置。分離后的離子依次進入離子檢測器，采集放大離子信號，經計算機處理，繪制成質譜圖。
