二次離子質譜儀的操作模式能夠分成質譜表面譜、成像模式、深度剖析等。其中質譜模式有著高分辨率。對于各種材料中所含有的元素、材料中的摻雜、污染物中的成分等的鑒別較為常用。二次離子在二維平面上的強度分布，即是二次離子質譜成像，能夠將成分的分布比較直觀的顯示出來。使得元素離子、分子碎片或分子離子的形貌獲得。交替式地對分析樣品表面濺射剝離和對濺射區域采集圖譜，即是深度剖析，由深度剖析結果中能夠使得不同成分沿深度方向的分布得到。能夠使樣品深層或內部化學成分的三維圖像獲得。能夠分析材料或者生物組織微區成分。

 

　　這些年以來，伴隨著儀器的發展，二次離子質譜儀也在生命科學領域得到了非常廣泛地應用。比如在生命科學領域可視化分析單細胞，能夠使得藥物在細胞內的吸收，分布，代謝等信息獲得，還能夠將藥物在組織或者細胞中的定位研究出來，對于藥物的靶向性的提高和藥物的合理設計的意義非常重要。