二次離子質譜（ Secondary Ion Mass Spectrometry ，SIMS）是通過高能量的一次離子束轟擊樣品表面，使樣品表面的原子或原子團吸收能量而從表面發生濺射產生二次粒子,這些帶電粒子經過質量分析器后就可以得到關于樣品表面信息的圖譜。[1]
在傳統的SIMS實驗中，高能一次離子束，如Ga, Cs, 或 Ar離子在超真空條件下聚焦于固體樣品表面 （如左圖所示）。一次離子束與樣品相互作用，材料表面濺射和解吸出二次離子。這些二次離子隨后被提取到質量分析器中，從而呈現具有分析表面特征的質譜圖 ，同時產生元素、同位素及分子的信息，其靈敏度范圍可達ppm至ppb量級。在該領域中，有三種基礎類型的SIMS儀器最為常用，每一種質譜使用不同的質量分析器。