質譜技術的基本原理是樣品分子離子化后，根據不同離子間的荷質比（m/e）的差異來分離并確定分子量。其原理并不新鮮，但是在80年代早期出現的兩種新的離子化技術，使質譜從僅能分析小分子揮發物質到可以研究生武打分子，80年代末又發明了兩種更新的離子化技術，一種是介質輔助的激光解吸/離子化（matrix-assisted laser desorption/ionization，MALDI），另一種是電噴霧離子化（electrospray ionization，ESI）。這些技術能快速而極為準確地測定生物大分子的分子量；在結合各種新的質譜分析技術，便可以在各種水平上研究蛋白質，為蛋白質研究開辟了新的道路，是蛋白質組研究從蛋白質深入到高級結構研究，以及各種蛋白質之間的相互作用研究。

另外，對于蛋白質和多肽，質譜的發展還有一個重要的用途是肽的測序。這是采用串聯質譜（Tandem-MS），即在第一級質譜得到肽的分子離子,選取目標肽的離子作為母離子，與惰性氣體碰撞，使肽鏈中的肽鍵斷裂，形成一系列離子，即N端碎片離子系列（B系列）和C端碎片離子系列（Y系列），將這些碎片離子系列綜合分析，可得出肽段的氨基酸序列。最近，Wilm等應用納噴串聯質譜（nano-electrospray tandem mass spectrometry）能在較低的fmol量上測得肽段序列。在MALDI-MS方面，近年來可用源后衰變-基質輔助激光解吸離子化質譜（post-source decay MALDI-MS，PSD-MALDI-MS）技術測得肽序列。

與上述方法測肽序列不同，Chait等發展一種稱為“protein ladder sequencing”的方法，通過對Edman降解法的修改，產生一系列截去N端殘基的肽段，用MALDI-MS測得這些肽段的質量，從而推測N端序列。Patterson等利用羧肽酶Y酶解法并結合MALDI-TOF MS質量分析法同樣測得了C端得肽序列。Mann等用串聯質譜技術分析肽段可得到這樣的信息：N端段質量、C端段質量和中間少數幾個殘基的序列，稱為“肽序列標記”（peptide sequence tag，PST），并認為這樣的標記比部分肽序列信息在查庫時更具限制性。

質譜法有不少優點，還能用于翻譯后修飾的分析（糖基化、磷酰化），但目前只適用于20個氨基酸以下的肽段。此外，還存在固有的局限性，譬如Leu和Ile、Lys和Gln不能區分，有些肽的固有序列不能用質譜法測定。