시료를 플라즈마 방전 등으로 이온화하여 생성한 이온빔을 전장, 자장 등에 의해 질량 분리하는 분석법을 말한다. 이온의 검출을 이온 전류의 전기 계기에 의한 측정으로 행하는 것을 질량 분석계, 사진 건판을 사용하는 것을 질량분석기라고 부른다. 질량 분석에는 전장, 자장 외에 비행시간 질량 분석법(TOF), 고주파 전계를 이용한 사중극 질량 분석법(QMS) 혹은 오매가트론 등 각종 원리에 근거를 둔 것이 있다. 질량 분석법은 고감도이며 무기 혹은 유기의 가스에서 300℃ 이하에서 0.1 mmHg 이상의 증기압을 갖는 액체, 고체 등의 분석이 간단하게 행해진다. 미소량 시료로 분석이 가능한 경우가 있으며 더욱이 동이체를 측정할 수 있기 때문에, 화학반응 과정을 조사할 수 있는 등 분석상 매우 중요하다.