尽管质谱仪更多的应用于生命科学相关领域，但是还是有一些质谱(MS)技术是专门用于表面科学研究。其中最突出的是二次离子质谱(SIMS)。像大多数涉及电子或离子光学的表面科学技术一样，二次离子质谱是在真空条件下进行。二次离子质谱用一次离子束轰击表面，将样品表面的原子溅射出来成为带电的离子，这些二次离子利用质谱分析器进行分析，得到样品的元素组成数据。可用的质量分析器包括单四极、飞行时间和磁分析器等。离子束是扫描过样品，得到一个样品表面的二维图像。离子束还可以逐层溅射样品，进行深度剖面分析。
2012年二次离子质谱行业市场需求分布
二次离子质谱广泛应用于分析半导体等材料、数据存储等电子产品，二次离子质谱对表面非常灵敏，使其可以分析沉积在这些材料上的薄膜；二次离子质谱也被用于科研单位及政府机构的实验室；虽然材料分析是二次离子质谱比较常见的，但也可以用于环境领域空气中颗粒物分析。2012年，二次离子质谱的市场总需求不到1亿美元。
上述数据摘录于2013年10月SDi发布的市场分析和预测报告“Mass Spectrometry: Limitless Innovation in Analytical Science”。
