通過對被測樣品離子化後的離子質荷比的測定來進行分析的分析化學方法。被分析的樣品首先要離子化，然後利用不同離子在電場或磁場的運動行為的不同，把離子按質荷比(m/z）分開而得到質譜，通過對樣品的質譜的分析，可以得到樣品的定性、定量結果。質譜法可以用於有機物的定性及定量分析、無機物的成分分析和元素的同位素比測定。質譜法的最大特點是分析靈敏度高，樣品用量少。
簡史 1913年J.J.湯姆孫和F.W.阿斯頓用磁偏轉儀證實氖有兩種同位素20Ne和22Ne。阿斯頓於1919年制成一臺能分辨1%質量單位的質譜計質譜儀。早期的質譜儀主要用來進行同位素測定和無機元素分析；20世紀40年代以後開始用於有機物分析；60年代出現瞭氣相色譜–質譜聯用儀，開始成為有機物分析的重要儀器。80年代以後一些新的質譜技術和儀器相繼出現，如基質輔助激光解吸電離源、電噴霧電離源，以及隨之而來的比較成熟的液相色譜–質譜聯用儀、感應耦合等離子體質譜儀、傅裡葉變換質譜儀等。這些新的電離技術和新的質譜儀器又大大擴展瞭質譜法的應用范圍。
原理 進行質譜法分析的儀器稱為質譜儀。質譜儀種類非常多，工作原理有很大的不同，但是，任何質譜儀都包括有用於樣品離子化的離子源和用於質量分離的質量分析器。
離子源 ①電子電離(EI)源。利用一定能量的電子束轟擊樣品使之電離。電離得到的碎片離子帶有化合物的結構信息，因此，不同的化合物有其特有的質譜。EI源主要適用於揮發性樣品的分析，在氣相色譜–質譜聯用儀中都采用這種離子源。這種離子源也用於同位素質譜儀中。
②電噴霧電離(ESI)源。主要部件是一個電噴霧噴嘴。噴嘴將來自液相色譜或直接進入的液體樣品分散成微滴，在微滴蒸發過程中表面電荷密度逐漸增大，當增大到某個臨界值時，離子就可以從表面蒸發出來。
電噴霧電離源是一種軟電離方式，即便是分子量大、穩定性差的化合物，也不會在電離過程中發生分解。它適合於分析極性強的大分子有機化合物，如蛋白質、肽、糖等。有機物分子電離後隻有分子離子，沒有碎片離子，因而沒有結構信息。ESI源主要應用於液相色譜–質譜聯用儀。
③激光解吸(LD)源。利用一定波長的脈沖式激光照射樣品使樣品電離。被分析的樣品置於塗有基質的樣品靶上，激光照射到樣品靶上，基質分子吸收激光能量，與樣品分子一起蒸發到氣相並使樣品分子電離。激光電離源需要有合適的基質才能得到較好的離子產率。因此，這種電離源通常稱為基質輔助激光解吸電離(MALDI)，屬於軟電離技術，它比較適合於分析生物大分子，如肽、蛋白質、核酸等。得到的質譜主要是分子離子和準分子離子峰。這種離子源主要用於飛行時間質譜儀中。
此外，還有用於有機分析的快原子轟擊源、化學電離源，用於無機分析的感應耦合等離子體源和用於同位素分析的表面電離源等。
質量分析器 在質譜儀中，進行質量分離的裝置稱質量分析器，種類很多，常見的有：
①磁扇型分析器。不同質荷比的離子在磁場中偏轉半徑不同，據此，可以把離子分開。隻依靠扇形磁場進行質量分離的儀器，稱為單聚焦質譜儀，依靠扇形磁場和扇形電場共同完成質量分離的儀器，稱為雙聚焦質譜儀。前者分辨率低，主要用於同位素分析，後者分辨率高，主要用於有機物分析。
②四極桿分析器。依靠4個棒狀電極進行質量分離。在4個電極上以一定的方式加有直流電壓Vdc和射頻電壓Vrf，在Vdc和Vrf為一定值時，隻有一定質荷比的離子可以通過四極場到達檢測器。連續改變Vdc和Vrf，可以使不同質荷比的離子順序通過四極場，實現質量分離並得到質譜。
③飛行時間分析器。它的主要部件為一個真空漂移管。具有一定能量的離子進入漂移管後，質量小的離子速度快，先到達檢測器；質量大的離子速度慢，後到達檢測器，從而實現質量分離。為瞭提高分辨率，這種分析器都帶有離子反射器。
此外，還有離子阱分析器和傅裡葉變換分析器等。
儀器 質譜儀的種類非常多，從應用角度可以分為有機質譜儀、無機質譜儀、同位素分析質譜儀及氣體分析質譜儀等。
有機質譜儀 為瞭使分離和鑒定同時進行，有機質譜儀大多和色譜儀聯用，主要有：① 氣相色譜–質譜聯用儀(GC–MS)。主要用於易揮發有機物分析，包括氣相色譜–四極質譜儀、氣相色譜–飛行時間質譜儀、氣相色譜–離子阱質譜儀等。對於混合物樣品，氣相色譜的作用是分離，質譜儀的作用是鑒定。② 液相色譜–質譜聯用儀(LC–MS)。主要用於極性強、分子量大的有機物分析，包括液相色譜–四極質譜儀、液相色譜–離子阱質譜儀、液相色譜–飛行時間質譜儀，以及各種各樣的液相色譜–質譜–質譜聯用儀(LC–MS–MS)。③其他有機質譜儀，主要有基質輔助激光解吸飛行時間質譜儀(MALDI–TOFMS)、傅裡葉變換質譜儀(FT–MS)(見聯用分析技術)。
無機質譜儀 包括：①火花源雙聚焦質譜儀(SSMS)。②感應耦合等離子體質譜儀(ICP–MS)。③二次離子質譜儀(SIMS)。
同位素質譜儀 包括有進行輕元素（碳、氫、硫等）同位素測定的小型同位素質譜儀和進行重元素（鈾、钚等）同位素測定的大型同位素質譜儀。
氣體分析質譜儀 主要有呼氣質譜儀、氦質譜檢漏儀等。
應用和進展 由於質譜儀的種類繁多，對於有機物分析，如果樣品在大約300℃可以揮發，應首先采用GC–MS進行分析；樣品分子量大，極性強，不易氣化，則應采用LC–MS進行分析；為瞭得到結構信息，最好采用LC–MS–MS（或LC–MSn）；對於蛋白質、糖等生物大分子，一般應采用LC–MS或MALDI–TOFMS進行分析。無機元素的分析應采用ICP–MS，而同位素測定應采用同位素質譜儀。
質譜法發展很快，儀器的性能和功能在不斷發展，應用領域也由一般的化學分析逐漸擴展到醫藥、臨床和生命科學，出現瞭“生物質譜學”。