质谱技术的基本原理是样品分子离子化后，根据不同离子间的荷质比（m/e）的差异来分离并确定分子量。其原理并不新鲜，但是在80年代早期出现的两种新的离子化技术，使质谱从仅能分析小分子挥发物质到可以研究生武打分子，80年代末又发明了两种更新的离子化技术，一种是介质辅助的激光解吸/离子化（matrix-assisted laser desorption/ionization，MALDI），另一种是电喷雾离子化（electrospray ionization，ESI）。这些技术能快速而极为准确地测定生物大分子的分子量；在结合各种新的质谱分析技术，便可以在各种水平上研究蛋白质，为蛋白质研究开辟了新的道路，是蛋白质组研究从蛋白质深入到高级结构研究，以及各种蛋白质之间的相互作用研究。
另外，对于蛋白质和多肽，质谱的发展还有一个重要的用途是肽的测序。这是采用串联质谱（Tandem-MS），即在第一级质谱得到肽的分子离子,选取目标肽的离子作为母离子，与惰性气体碰撞，使肽链中的肽键断裂，形成一系列离子，即N端碎片离子系列（B系列）和C端碎片离子系列（Y系列），将这些碎片离子系列综合分析，可得出肽段的氨基酸序列。最近，Wilm等应用纳喷串联质谱（nano-electrospray tandem mass spectrometry）能在较低的fmol量上测得肽段序列。在MALDI-MS方面，近年来可用源后衰变-基质辅助激光解吸离子化质谱（post-source decay MALDI-MS，PSD-MALDI-MS）技术测得肽序列。
与上述方法测肽序列不同，Chait等发展一种称为“protein ladder sequencing”的方法，通过对Edman降解法的修改，产生一系列截去N端残基的肽段，用MALDI-MS测得这些肽段的质量，从而推测N端序列。Patterson等利用羧肽酶Y酶解法并结合MALDI-TOF MS质量分析法同样测得了C端得肽序列。Mann等用串联质谱技术分析肽段可得到这样的信息：N端段质量、C端段质量和中间少数几个残基的序列，称为“肽序列标记”（peptide sequence tag，PST），并认为这样的标记比部分肽序列信息在查库时更具限制性。
质谱法有不少优点，还能用于翻译后修饰的分析（糖基化、磷酰化），但目前只适用于20个氨基酸以下的肽段。此外，还存在固有的局限性，譬如Leu和Ile、Lys和Gln不能区分，有些肽的固有序列不能用质谱法测定。
