二次离子质谱（简称SIMS）是用质谱法分析由一定能量的一次离子轰击在样品靶上溅射产生的正、负二次离子。

（1）信息深度为表面几个原子层甚至单层
（2）能够分析包括氢在内的全部元素，并可检测同位素
（3）能够分析化合物，得到其相对分子量以及分子结构信息，且特别适于检测不易挥发、热不稳定的有机大分子。
（4）对杂质的检测限常可达10-4%甚至10-7%数量级，是所有表面分析方法中灵敏度较高的。
（5）可进行微区成分的成像分析和深度剖面分析，还可得到一定程度的晶格信息。

（1）利用聚焦的一次离子束在样品上稳定地进行轰击，一次离子可能受到样品表面的背散射(概率很小)，也可能穿透固体样品表面的一些原子层深入到一定深度，在穿透过程中发生一系列弹性和非弹性碰撞。一次离子将其部分能量传递给晶格原子，这些原子中有一部分向表面运动，并把能量的一部分传递给表面粒子使之发射，这种过程称为粒子溅射。在一次离子束轰击样品时，还有可能发生另外一些物理和化学过程：一次离子进入晶格，引起晶格崎变；在具有吸附层覆盖的表面上引起化学反应等等。溅射粒子大部分为中性原子和分子，小部分为带正、负电荷的原子、分子和分子碎片；
（2）电离的二次粒子(溅射的原子、分子和原子团等)按质荷比实现质谱分离；
（3）收集经过质谱分离的二次离子，可以得知样品表面和本体的元素组成和分布。在分析过程中，质量分析器不但可以提供对应于每一时刻的新鲜表面的多元素分析数据，而且还可以提供表面某一元素分布的二次离子图像。