以近似一致的速度沿幾乎同一方向運動的一群離子。
離子源 用以獲得離子束的裝置。在各類離子源中，用得最多的是等離子體離子源，即用電場將離子從一團等離子體中引出來。這類離子源的主要參數由等離子體的密度、溫度和引出系統的品質決定。屬於這類離子源的有:潘寧放電型離子源、射頻離子源、微波離子源、雙等離子體源、富立曼離子源等。另一類使用較多的離子源是電子碰撞型離子源，主要用於各種質譜儀器中中。此外，離子源還有表面電離源、光致電離離子源、液態金屬離子源等類型。
離子源的主要參數有：①離子束流強。即能夠獲得的有用離子束的等效電流強度，用電流單位μA或mA表示。②有用離子百分比。即有用離子束占總離子束的百分比。一般來說，離子源給出的總離子束包括單電荷離子、多電荷離子、各種分子離子和雜質元素離子等的離子束。③能散度。由於離子的熱運動和引出地點的不同，使得離子源給出的離子束的能量對要求的單一能量有一定離散，一般希望能散度盡量小，在高精度的離子束應用中尤其是這樣。④束的聚焦性能。以離子束的截面和張角表示。聚焦不好的離子束在傳輸過程中會使離子大量丟失。獲得良好聚焦特性的離子束的最終障礙是束中離子之間的靜電排斥力，為瞭克服這一障礙，應盡早使離子獲得較高能量。⑤離子源的效率。以離子束形式引出的工作物質占總消耗的工作物質的比例。⑥工作壽命。離子源一次安裝以後使用的時間。
加速器 從離子源獲得的離子束的能量一般從幾百電子伏到幾萬電子伏。因為用高引出電壓方式獲得較高能量的離子束受到擊穿的限制，所以必須使離子在電場和磁場中加速，這類裝置叫做加速器(見粒子加速器)。使用各種加速器可以使離子獲得很高的能量（如幾百吉電子伏），也可以使離子減速，以獲得能量較低的（如幾十電子伏）但流強很高的離子束。
應用 ①離子摻雜與離子束改性。從20世紀60年代開始，人們將一定能量的硼、磷或其他元素的離子註入到半導體材料中，形成摻雜。摻雜的深度可用改變離子的能量來控制；摻雜的濃度可通過積分離子流強度來控制。離子註入方法的重復性、可靠性比擴散法好。離子註入摻雜在半導體大規模集成電路的生產中已成為重要環節，用離子註入法取代舊的擴散等工藝在有些器件中已成為必然趨勢。
離子註入在金屬材料的改性中獲得的結果十分引人註目。在常用金屬的離子註入改性中，可以提高金屬的硬度、抗腐蝕性能和抗疲勞強度，降低金屬的磨損率。某些絕緣材料如陶器、玻璃、有機材料經離子束照射以後，性質發生重要的變化，獲得新的用途。
通用的200keV離子註入機
中國科學院物理研究所供稿
離子束照射和摻雜的過程是非熱平衡過程，因此用這種方法可以獲得用一般冶金和化工方法無法得到的新材料。能量較低(50～400keV)的專門用於離子註入的小型加速器“離子註入機”，已成為一種專門設備，體積相當於一臺電子顯微鏡或高壓示波器，使用維護都很方便（見彩圖）。在類金剛石材料、高溫超導材料、磁性材料、感光材料等的研究中，已廣泛應用離子束，一門新興的冶金學──“離子註入冶金學”正在形成。
② 離子束分析。具有一定能量的離子與物質相互作用會使其發射電子、光子、X 射線等，還可能發生彈性散射、非彈性散射以及核反應，產生反彈離子、反沖核、γ射線、氫核、氚核、α 粒子等核反應產物，可以提供有關該物質的組分、結構和狀態等信息。利用這些信息來分析樣品統稱離子束分析。在離子束分析方法中，比較成熟的有背散射分析、X射線熒光分析、核反應分析和溝道效應（見溝道效應和阻塞效應）與其他分析相結合的分析方法等。此外，利用低能離子束還可作表面成分分析，如離子散射譜(ZSS)、次級離子質譜(SZMS)等。超靈敏質譜（加速器質譜）、帶電粒子活化分析、離子激發光譜、離子激發俄歇電子譜等正在發展中。用於離子束分析的MV級加速器已有專門的商業化設備。
③ 離子束加工。較低能量的離子束廣泛用於工業加工，如離子減薄、離子拋光、離子束打孔、離子束刻蝕、離子束濺射金屬膜等。