同位素质谱仪是由记录仪、检测器、质量分析器、离子源以及样品入口五个独立的系统组成。

　　1、记录仪：对检测器的信号进行接收并且放大和记录，如此就使质谱图获得。同位素质谱仪的记录仪既能够为简单的带状记录纸，也能够为比较复杂的电脑系统。不管是怎样的情形。数据均应当被准确的记录，并且在之后有所需要的时候被调用。需要在真空系统运行同位素质谱仪，一般室内常压的百万分之一或者十亿分之一为真空度的范围。在真空系统里包含离子源，质量分析器和检测器。

　　2、检测器：能够对已经被分离的离子的到达加以感知，将非常微小的离子的电流放大，从而进行进一步的电子处理。尽管有非常多不同类型的检测器，然而作用都相同，即是对离子进行检测并且将其转变为比较强的电信号。

　　3、质量分析器：在同位素质谱仪里，样品离子的运动受到电场或者磁场，或者两者都有的分析器的控制，如此就能够按照它们的质量差异分离它们。尽管质量分析器有很多不同的种类，然而它们执行的功能都一样——按照质量对不同的离子进行分离。

　　4、离子源：赛默飞同位素质谱仪离子源是将样品分子转变为样品离子。带有电荷的样品分子即为样品离子。由中行分子里将一个电子移除，如此，就使正离子形成了，此即为形成样品离子的简单方法。在从前的很多年里，开发出了很多不同的离子源，然而较为重要的一点，只有样品分子变成样品离子，才可以被质谱所分析。

　　5、样品入口：因为需要在真空状态下运行同位素质谱仪，必须要有一个样品入口，如此才可以从室内常压将样品往离子源转移。