現代飛行時間二次離子質譜儀（TOF-SIMS）源于上個世紀七十年代。它的特點之一是高靈敏度。對幾乎所有的元素其可測量濃度都可以達到ppm（百萬分之一）數量級，有些可以達到ppb（十億分之一）量級。特點之二是高縱向分辨率，一代TOF-SIMS其分辨率可以達到二至三個原子層。同時隨著技術的改善，分析區域越來越小。上述特點使TOF-SIMS在材料的成份、摻雜和雜質沾污等方面的分析中擁有不可替代的地位（特別是在微量摻雜和缺陷分析領域幾乎不可替代），TOF-SIMS還可以提供膜層結構深度信息和三維重構（3D）信息。

近年來，TOF-SIMS在生物科技領域應用也日益受到重視。TOF-SIMS的高分辨率成像效果，使得納米尺度的單細胞成像成為可能，國內學者已經在藥物細胞內代謝分析、細胞分型等領域取得成果。

       三重聚焦飛行時間質量分析器：用于接收和傳輸二次離子；其包括三套90º 扇形靜電分析器（ESA)；擁有共點觀察，寬角度能量接收和高景深，提高了質量分辨率，對粗糙、表面不平整（有Patterns) 表面有優異靈敏的化學成像和成分分析能力；

      液態金屬離子槍LMIG可同時進行高質量采譜和成像分析：采用HR2模式 （即高質量分辨模式下保持高空間分辨模式）的化學態/分子成像能力，使之可同時在高空間分辨和高質量分辨下進行分析，其使用高分析束流（ i.e. ≥ 1 nA）， 因此分析時間依然可以控制在短時間內， e.g. ≤ 10 分鐘。

      脈沖荷電中和系統和電子控制系統：在分析絕緣材料時可對荷電效應進行自動中和；采用低能量脈沖、聚焦電子槍和超低能量的離子束流進行荷電中和使系統適于高分子和玻璃等絕緣材料分析；

     全自動化分析能力：使用高精度5-軸樣品臺可在快速進樣腔室和分析腔室里運行，在進樣腔室里可直接把樣品托安裝在樣品臺上；從進樣腔室到分析室全自動控制，無需手動傳輸；

    冷熱樣品臺：冷熱樣品臺在傳輸過程中其溫度可持續控制；

    MS/MS串聯質譜：可同時進行傳統TOF-SIMS成像和采譜分析（MS1) 以及對特定離子進行離子成像和采譜分析（MS2)，從而對所分析區域提供最完整全面的分析信息；對每一個特定離子來說，其離子裂解規律，或離子譜圖都有特征性，可清楚表征高質量數離子的分子結構，特別適用于對有機高分子材料的成分表征（更準確地得到有機成分和分子結構信息）；