A análise química de sólidos moleculares ãos coloca um problema particularmente difícil na ciência dos materiais, a biologia e a nanotecnologia. Recentes desenvolvimentos na investigação de espectrometria de massa de iões de cluster estão a abrir novos rumos para este campo. Com esta ferramenta, um feixe de íon energético primário é criado usando vários tipos de iões moleculares de criar um projétil que consiste de vários componentes atômicos diferentes. Em seguida, esse feixe é acelerado para 10 a 20 keV de energia cinética, totalmente focado para um tamanho de sonda submicrometer e dirigido para a superfície da amostra. Como este projétil energético cluster interage com o destino, positivos e negativos íons secundários são emitidos por perto do ponto de impacto como resultado de uma série complexa de eventos de transferência de energia. Estes íons secundários são extraídos em um espectrômetro de massa para revelar a composição química das espécies dessorvidas.

Determinação desta massa distribuição denomina-se espectrometria de massa de íons secundários ou SIMS. o produto químico natureza destes íons é fortemente dependente do tipo e da energia do projétil. Para projéteis de íon puramente atômico, a intensidade do íon secundário é baixa, e a composição química é muitas vezes diferente na superfície propriamente dita, limitando a utilidade analítica. Como o número de átomos no projétil cluster é aumentado, no entanto, o número de íons secundários e a quantidade de informações fiáveis químicas associadas a espectrometria de massa aumentam consideravelmente. Com uma sonda de feixe de íon de cluster microfocused, imagens de duas e três dimensões (2D e 3D) composição química é possível para uma grande variedade de materiais, variando entre orgânicas e inorgânicas estruturas multicamadas e biomateriais, sensores e células biológicas únicas.