エムエスともいう。高真空密閉容器中で原子や分子をイオン化し、強い磁場をかけてイオンの行路を質量に応じて変化させ、これを利用して原子質量や有機化合物の分子量を測定する方法。イオン化法には、電子イオン化法（electron ionization method）、化学イオン化法（chemical ionization method）、高速原子衝突法（fast atom bombardment method）などがある。一方、レーザーでたんぱく質などの生体高分子を破砕してイオン化し、その飛行時間により質量を解析するマトリックス支援レーザー脱離イオン化法（MALDI ; matrix assisted laser desorption/ionization method）による飛行時間型質量分析法（TOFMS ; time of flight mass spectrometry method）を開発した島津製作所の田中耕一氏は、イオン化させたたんぱく質溶液を噴射するエレクトロスプレーイオン化法（ESI ; electrospray ionization method）を開発したアメリカのJ.B.フェン教授とともに2002年ノーベル化学賞を受賞した。これらの手法を組み合わせた質量分析装置はたんぱく質の構造解析に威力を発揮し、ポストゲノム時代を背負っている。最近開発された脱離エレクトロスプレーイオン化法（DESI ; desorption electrospray ionization method）では、生きたままの状態の動植物の表面に付着している有機物が直接分析できる。MSとガスクロマトグラフィー（GC→「クロマトグラフィー」）と組み合わせたGC-MS（gas chromatograph mass spectrometer）は試料がごく少量ですみ、環境汚染物質の分析、犯罪捜査、運動選手のドーピングチェックにも用いられる。