Ionizacijski masni spektrometer je lahko na voljo v različnih oblikah za veliko različnih uporab; vendar vsi delujejo na enakih osnovnih načelih. Vzorec se postavi v ionizacijski masni spektrometer, njegovi delci pa se električno napolnijo in jih spremenijo v ione. Ti ioni so nato razvrščeni po njihovi masi in izmerjeni, pri čemer se ustvari spekter, ki identificira vse kemične komponente vzorca. Sposobnost natančnega prepoznavanja kemikalij in njihove sestave je uporabna v številnih znanstvenih disciplinah, vključno z geologijo, arheologijo in razumevanjem kemične sestave planetov in zvezd. Ena najpomembnejših uporab ionizacijskega masnega spektrometra je v medicinskih raziskavah in zdravljenju, kjer lahko naprava prepozna sledove kemikalij v človeškem telesu za diagnosticiranje bolezni in preučevanje kemičnih učinkov zdravil.
Znanstveniki, ki preučujejo Zemljo, uporabljajo masne spektrometre za različne namene. V geologiji lahko natančne meritve komponent starodavnih kamnin dajo vpogled v njihovo starost in razmere, ki so obstajale, ko so bile oblikovane. V vremenskih študijah lahko z masno spektrometrijo ugotovimo natančne ravni različnih plinov v vzorcih arktičnega ledenega jedra in znanstvenikom povedo ravni toplogrednih plinov, ki so obstajali v zemeljskem ozračju več deset tisoč let. Znanstveniki so celo lahko uporabili masno spektrometrijo za identifikacijo ostankov velikega meteorskega udara, za katerega se domneva, da je povzročil izumrtje dinozavrov.
Pri preučevanju našega sončnega sistema znanstveniki niso uporabili le ionizacijskega masnega spektrometra za preučevanje vzorcev meteoritov, ki so padli tukaj na Zemljo, ampak so naprave integrirali tudi v vesoljska plovila. Dve vesoljski plovili Viking, poslani na Mars leta 1975, sta imeli vgrajeni ionizacijski masni spektrometer za iskanje kemičnih znakov življenja. Sonda Huygens, ki je leta 2005 pristala na Titanu, največji Jupitrovi luni, je z ionizacijskim masnim spektrometrom preučevala lunino atmosfero in sestavo površine.
Medicinska znanost široko uporablja ionizacijske masne spektrometre. V raziskavah se uporabljajo za identifikacijo kemikalij v naravi, ki imajo lahko medicinsko uporabo, in pomagajo razumeti, kako te snovi medsebojno delujejo z drugimi kemikalijami v človeškem telesu. Ko se diagnosticira bolezen, se uporabljajo za identifikacijo kemikalij, kot so toksini, ki lahko negativno vplivajo na bolnika. Uporabljajo se tudi za identifikacijo beljakovin, encimov in drugih bioloških spojin, prisotnih v telesu, ki lahko dajo vpogled v to, kaj povzroča človekovo bolezen.
Ionizacijski masni spektrometri se uporabljajo tudi zunaj medicine in raziskav. Uporabljajo se lahko za merjenje kakovosti zraka v zgradbah ali tovarnah, za spremljanje čistosti izdelkov v industriji ali celo za prepoznavanje alternativnih virov surovin. Ionizacijski masni spektrometer še naprej najde nove uporabe in aplikacije dobesedno povsod, kjer je poznavanje natančne kemične sestave snovi informativno ali koristno.