質量分析計とは，イオン源に導入した試料を正または負の電荷をもつイオンに変換・加速し，磁場又は電場を通過させることでイオンをその質量によって分離し，直接検出する装置である。従ってある元素の同位体(化学的性質は同一で質量が異なる)の存在度を高精度で測定することが可能である。TIMSは金属フィラメント(レニウムやタングステン等)に目的元素を直接塗布し，真空下で加熱することでイオン化を行う。この際，目的元素以外の元素が共存するとイオン化を著しく妨害するため，TIMSによる測定はその前処理段階として，非常に高純度で目的元素のみを分離・抽出する技術が必要となる。