具有相同动能，不同质量的离子，因其飞行速度不同而分离。假如固定离子飞行间隔，则不同质量离子的飞行时间不同，质量小的离子飞行时间短而首先到达检测器。各种离子的飞行时间与质荷比的平方根成正比。离子以离散包的形式引进质谱仪，这样可以同一飞行的出发点，依次丈量飞行时间。离子包通过一个脉冲或者一个栅系统连续产生，但只在一特定的时间引进飞行管。新发展的飞行时间分析用具有大的质量分析范围和较高的质量分辨率，尤其适合蛋白等生物大分子分析。