Jonizacijos masės spektrometras gali būti įvairių formų, skirtų įvairiems tikslams; tačiau visi dirba tais pačiais pagrindiniais principais. Mėginys dedamas į jonizacijos masės spektrometrą, jo dalelės įkraunamos elektra, pakeičiant jas į jonus. Tada šie jonai surūšiuojami pagal jų masę ir išmatuojami, sukuriant spektrą, identifikuojantį visus cheminius mėginio komponentus. Gebėjimas tiksliai identifikuoti chemines medžiagas ir jų sudėtį yra naudingas daugelyje mokslo sričių, įskaitant geologiją, archeologiją ir supratimą apie planetų ir žvaigždžių cheminę sandarą. Vienas iš svarbiausių jonizacinio masių spektrometro panaudojimo būdų yra medicininiuose tyrimuose ir gydyme, kur prietaisas gali nustatyti cheminių medžiagų pėdsakus žmogaus organizme, diagnozuojant ligą ir tiriant cheminį vaistų poveikį.
Žemę tyrinėjantys mokslininkai masės spektrometrus naudoja įvairiems tikslams. Geologijoje tikslūs senovės uolienų komponentų matavimai gali padėti suprasti jų amžių ir sąlygas, kurios egzistavo jų susidarymo metu. Atliekant orų tyrimus, masės spektrometrija gali nustatyti tikslius įvairių dujų lygius Arkties ledo šerdies mėginiuose, o mokslininkai nurodo šiltnamio efektą sukeliančių dujų lygį, egzistavusią Žemės atmosferoje per dešimtis tūkstančių metų. Mokslininkai netgi sugebėjo panaudoti masių spektrometriją, kad nustatytų didžiulio meteoro smūgio, kuris, kaip manoma, sukėlė dinozaurų išnykimą, liekanas.
Tyrinėdami mūsų Saulės sistemą, mokslininkai jonizacijos masės spektrometru ne tik tyrė meteoritų mėginius, kurie nukrito čia, Žemėje, bet ir integravo įrenginius į erdvėlaivius. Du 1975 m. į Marsą išsiųsti erdvėlaiviai „Viking“ turėjo jonizacijos masės spektrometrą, skirtą cheminiams gyvybės požymiams ieškoti. „Huygens“ zondas, 2005 m. nusileidęs ant Titano, didžiausio Jupiterio palydovo, naudojo jonizacijos masės spektrometrą, kad ištirtų Mėnulio atmosferą ir paviršiaus sudėtį.
Medicinos mokslai plačiai naudoja jonizacinius masių spektrometrus. Atliekant tyrimus, jie naudojami siekiant nustatyti gamtoje esančias chemines medžiagas, kurios gali būti naudojamos medicinoje, ir padeda suprasti, kaip šios medžiagos sąveikauja su kitomis cheminėmis medžiagomis žmogaus organizme. Diagnozuojant ligą, jie naudojami identifikuoti chemines medžiagas, pvz., toksinus, kurie gali neigiamai paveikti pacientą. Jie taip pat naudojami norint nustatyti baltymus, fermentus ir kitus organizme esančius biologinius junginius, kurie gali padėti suprasti, kas sukelia žmogaus ligą.
Jonizacijos masės spektrometrai taip pat naudojami ne medicinoje ir tyrime. Jie gali būti naudojami oro kokybei pastatuose ar gamyklose matuoti, produktų grynumui pramonėje stebėti ar net alternatyviems žaliavų šaltiniams nustatyti. Jonizacijos masės spektrometras ir toliau randa naujų panaudojimo būdų ir pritaikymų tiesiogine prasme visur, kur žinios apie tikslią cheminės medžiagos sudėtį yra informatyvios ar naudingos.