線性離子阱，結構與四級桿質譜非常相似，由兩組雙曲線形級桿和兩端的兩個極板組成。兩組級桿中，其中一組施加一個交變電壓，另一組施加兩個交變電壓。在其中一組級桿上開有窄縫，通過改變三組交變電壓驅動離子從窄縫射出。
線性離子阱的工作原理源自四級桿質譜儀。四級桿質譜儀中，加在兩組級桿上的電場表達可以大致的寫為：P = U + V cos (wt) 和 P' = - U - V cos (wt)。其中，U/V的比值，表示離子的選擇精度和通過率。U/V越高，則選擇精度越高，然而通過的離子數就更少。 在線性離子阱中，U值為0V，僅在四級桿上施加交變電壓。離子不被選擇的全部限定在空間中。在其中開窄縫的級桿上，加有另外一組交變電壓。也就是有三個交變電壓。通過協調三個交變電壓，使離子進入不穩定狀態繼而從窄縫中射出。
線性離子阱在進行多級質譜分析(MS-MS)時，首先限定目標質量的離子。通過調整交變電壓，將大于以及小于目標質量的離子射出，從而使得僅有一個質量的離子存在于離子阱中。目標質量的范圍被稱為Isolation Width。之后通過向離子阱內注入氣體（通常為氦氣或氮氣），與離子發生碰撞使其被打成碎片。也有直接通過鎢絲的熱電效應釋放的電子來擊碎離子的方法，這種方法非常類似于(Electron Ionization, EI)。