Từ mục tiêu cốt lõi, máy quang phổ khối thông thường lấy "định lượng định tính" làm cốt lõi, tập trung vào việc tách và phát hiện tỷ lệ khối lượng-điện tích (m/z) của phân tử, được sử dụng để phân tích loại, hàm lượng và thông tin cấu trúc của hợp chất trong mẫu. Ví dụ, lượng dư lượng của phân tử thuốc trừ sâu có thể được xác định bằng cách phát hiện tỷ lệ khối lượng trên tải của chúng hoặc trình tự axit amin của chúng có thể được suy ra bằng cách phân tích các mảnh protein. Và mục tiêu của máy đo phổ khối đồng vị ổn định là đặc biệt hơn - nó không phân tích trực tiếp phân tử, mà tiết lộ "dấu vân tay nguồn" của vật chất so với "thông tin quá trình" bằng cách đo tỷ lệ phong phú của các đồng vị khác nhau của cùng một nguyên tố (ví dụ: ܼC/ܼC, ܺO/ܼO, ²H/ܼH). Ví dụ, theo dõi loại quang hợp của nó (thực vật C3 hoặc C4) bằng tỷ lệ ¹³C/¹²C trong cơ thể thực vật, hoặc đảo ngược biến đổi cổ khí hậu bằng tỷ lệ ¹⁸O/¹⁶O trong nước.

Ở cấp độ nguyên lý, các nguồn ion của máy quang phổ khối thông thường (ví dụ: phun điện, bắn phá điện tử) ion hóa các phân tử thành các mảnh tích điện, và các máy phân tích khối lượng (cực tứ cực, bẫy ion, v.v.) sàng lọc các ion mục tiêu và đếm theo tỷ lệ khối lượng trên tải, và cuối cùng xuất ra nội dung tương đối của hợp chất. Máy quang phổ khối đồng vị ổn định trước tiên phải thông qua quá trình nứt nhiệt độ cao hoặc chuyển đổi hóa học (chẳng hạn như chuyển đổi CO ₂, H₂ thành các phân tử pha khí) để chuyển đổi nguyên tố mục tiêu trong mẫu thành một dạng phân tử duy nhất (chẳng hạn như CO ₂ tương ứng với đồng vị carbon, H₂ tương ứng với đồng vị hydro); Sau đó, các phân tử đồng vị có số khối chỉ kém 1 hoặc 2 (ví dụ: ܼ²CO₂vàܼ179CO₂) được phân biệt bằng cách sử dụng các máy phân tích khối lượng có độ chính xác cao (ví dụ: máy quang phổ khối từ kép) và cường độ tín hiệu của chúng được xác định chính xác bằng máy dò cốc Faraday, cuối cùng tỷ lệ phong phú đồng vị (giá trị δ). Thách thức cốt lõi của nó là loại bỏ nhiễu cơ bản của thiết bị và đảm bảo độ nhạy cao đối với sự khác biệt nhỏ về sự phong phú, chẳng hạn như ³C chỉ chiếm khoảng 1,1% carbon tự nhiên.

Sự khác biệt trong kịch bản ứng dụng thậm chí còn đáng chú ý hơn. Máy đo phổ khối thông thường là "công cụ phổ quát" của phòng thí nghiệm, bao gồm phát hiện hàng ngày trong nghiên cứu và phát triển thuốc, giám sát môi trường, an toàn thực phẩm và các lĩnh vực khác; Và máy đo khối phổ đồng vị ổn định giống như "chuyên gia tìm kiếm nguồn gốc" hơn, chuyên về các tình huống đòi hỏi "nhận dạng": theo dõi nguồn gốc đá trong địa chất, xác định nguồn gốc của các hiện vật trong khảo cổ học, nghiên cứu đường di cư của động vật trong sinh thái học, và thậm chí trong pháp y để đánh giá nguồn gốc của chế độ ăn uống lâu dài thông qua các đồng vị của mô người.

Nói tóm lại, máy quang phổ khối thông thường trả lời "cái gì và bao nhiêu" và máy quang phổ khối đồng vị ổn định trả lời "từ đâu đến và trải qua những gì". Hai thứ giống như kính hiển vi và kính viễn vọng, lần lượt mở rộng ranh giới nhận thức của con người đối với thành phần vi mô và quá trình vĩ mô.