盡管質譜儀更多的應用于生命科學相關領域，但是還是有一些質譜(MS)技術是專門用于表面科學研究。其中最突出的是二次離子質譜(SIMS)。像大多數涉及電子或離子光學的表面科學技術一樣，二次離子質譜是在真空條件下進行。二次離子質譜用一次離子束轟擊表面，將樣品表面的原子濺射出來成為帶電的離子，這些二次離子利用質譜分析器進行分析，得到樣品的元素組成數據。可用的質量分析器包括單四極、飛行時間和磁分析器等。離子束是掃描過樣品，得到一個樣品表面的二維圖像。離子束還可以逐層濺射樣品，進行深度剖面分析。

2012年二次離子質譜行業市場需求分布

　　二次離子質譜廣泛應用于分析半導體等材料、數據存儲等電子產品，二次離子質譜對表面非常靈敏，使其可以分析沉積在這些材料上的薄膜；二次離子質譜也被用于科研單位及政府機構的實驗室；雖然材料分析是二次離子質譜比較常見的，但也可以用于環境領域空氣中顆粒物分析。2012年，二次離子質譜的市場總需求不到1億美元。

　　上述數據摘錄于2013年10月SDi發布的市場分析和預測報告“Mass Spectrometry: Limitless Innovation in Analytical Science”。