飞行时间质谱仪的原理是测量离子从离子源到达检测器的时间。这个过程包括在离子源中产生离子束，然后加速并测量它们从离子源至检测器的时间，飞行时间质量分析器的主要部分是一个离子漂移管，通常长约2m，离子在加速电压V作用下得到动能，则有：

l／2 mV2=eV或V=(2eV/m)1/2。

式中，m为离子的质量；e为离子的电荷量；V为离子加速电压。

离子以速度V进入自由空间(漂移区)，假定离子在漂移区飞行的时间为T，漂移区长度为L，则：

T=L(M/2ev)1/2

由式可以看出，离子在漂移管中飞行的时间与离子质量的平方根成正比。对于能量相同的离子，离子的质量越大，达到接收器所用的时间越长，质量越小，所用时间越短，根据这一原理，可以把不同质量的离子分开。也就是说，所有离子在加速区所接受的是相同的动能，但是它们的质量不同，因而速度有差异，通过漂移管到达检测器的时间(TOF)也就不同。适当增加漂移管的长度可以增加分辨率。

飞行时间质谱仪的扫描速度快，记录一张质谱所需的时间以微秒计。这种仪器的质量范围宽，可以测定m／z 10000以上的离子。

飞行时间质量分析器的特点是质量范围宽，扫描速度快，既不需电场也不需磁场。但是，长时间以来一直存在分辨率低这一缺点，造成分辨率低的主要原因在于离子进入漂移管前的时间分散、空间分散和能量分散。这样，即使是质量相同的离子，由于产生时间的先后、产生空间的前后和初始动能的大小不同，达到检测器的时间就不相同，因而降低了分辨率。目前，通过采取激光脉冲电离方式、离子延迟引出技术和离子反射技术，可以在很大程度上克服上述三个原因造成的分辨率下降。现在，飞行时间质谱仪的分辨率可达20000以上。最高可检质量超过300000Da，并且具有很高的灵敏度。目前，这种分析器已广泛应用于GC—MS联用仪，LC—MS联用仪和基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪中。

飞行时间质谱仪的主要缺点是分辨率低，一般商品仪器的分辨率约500(FWHM)，这是因为离子的初始能量分散，起始位置不同(空问分散)等原因造成的。