二次离子质谱(SIMS)技术中使用的电离方法是FAB的一个近亲。产生一束带正电或负电的离子，但不使用碰撞池将离子束转化为中性物质。这束离子被直接用来轰击样品的表面。最常用的离子是正电离子束的Cs+和O2+以及负电离子束的O-。Cs+和O离子是由前面描述的热电离和等离子体源形成的。
请注意，Cs和O都是反应性物种，而不是惰性的。在SIMS中，这是故意的，因为两者都将被植入样品中，并影响其化学和物理特性。但它们影响这些特性的方式是，如果使用Cs+，或者使用O2+或O-的正离子，将导致更有效地产生负离子。
Cs和O光束在直流源中最常被观察到，所使用的高加速电压导致样品中的分子严重破碎，从而在分析过程中没有分子信息被保留。它们的使用将被视为一种硬电离方法。
为了规避这个问题，小型和大型团簇离子(Au3+，Bi3+，C60+，Ar2000+)的脉冲源也已经被开发出来，这将被认为是更柔和的电离方法，并在产生的质谱中提供更多的分子细节。这些源通常以脉冲模式操作，进一步减少对样品表面的损害。
ToF、扇形磁场和四极杆质谱仪都是SIMS仪器中常用的仪器。
