飛行時間二次離子質譜儀之所以叫做二次離子質譜儀，是因為儀器帶有幾千電子伏特能量的一次離子束入射樣品表面，在作用區域激發出不同粒子包括二次電子、中性微粒、二次離子、反射離子等，通過不同的探測器采集不同微粒可得到不同信息，收集二次離子通過質量分析器分析后可得到關于樣品表面成分信息的質譜。可以用于材料表面和表層的化學成份分析。包括如半導體，醫藥，生物，冶金，汽車等領域。飛行時間二次離子質譜儀主要分為靜態和動態SIMS兩種：
       動態SIMS：入射電流高（10mA/c㎡），入射源離子濃度是大于1014atoms/c㎡，對表面是動態破壞作用（剝離速率100um/h）且產生的二次離子比率高，因此探測靈敏度高，適于深度剖析；

       濺射和分析連續進行，每次只能采集特定的幾種元素（與分析器和探測器相關），只適用于深度剖析。
       靜態SIMS：入射電流很低（1nA/c㎡），入射源離子濃度是1012~1013atoms/c㎡左右，只作用單分子層表面（剝離速率0.1nm/h）幾乎對表面沒有破壞作用；因脈沖模式分析，且電流小，所以產生的二次離子比率相對少，靈敏度相比動態SIMS弱，但成像和表面分析能力強；深度剖析時濺射和分析交替進行，可以采集所有元素和化學成分信息，可進行表面分析和深度剖析。
       現在通常是雙源結合，分析和濺射采用獨立附件，可實現表面分析和深度剖析的功能；二次離子質譜儀系統就是同時集成了分析離子源和濺射離子源使其應用更全面。