多級質譜聯用技術是通過對一級或上級質譜產生離子的進一步裂解產生次級質譜，并對次級質譜進行質量分析技術。

依據實現方式，多級質譜儀可分為兩類：

一，時間串聯質譜，它是利用某些質量分析器能夠儲存離子的特性，在同一個質量分析器上，通過時間序貫實現多級質譜分析；

二，空間串聯質譜，它是利用多個質量分析器在空間上串聯從而實現多級質譜的功能  。

時間串聯質譜
時間串聯質譜需要質量分析器具有捕獲并駐留離子的特性，如離子阱、傅里葉變換離子回旋共振就是這類質量分析器，它們通過將不檢測離子噴射出質譜質量分析器的分析區，孤立待分析的離子做進一步的裂解，從而獲得次級質譜，這一個過程可以反復，這樣可以觀測幾代子代離子的碎片，因此時間型質譜可進行多級子離子實驗。它的局限性在于不能實現多級質譜的另外一些重要性能如母離子掃描或中性丟失實驗等 。

空間串聯質譜
空間串聯質譜是利用多個質量分析器在空間上串聯，來實現多級質譜功能。如三重四級桿(QqQ)，它由Q1和Q3兩個四級桿質量分析器外加Q2做碰撞誘導裂解組成，共同實現二級質譜的功能。這種多重質量分析器組合，通常第一質量分析器設計為射頻質譜，如四級桿或離子阱，第二質量分析器質量分析器則根據應用目的，可以設計為射頻(主要為四級桿)、也可以設計為高分辨率質量分析器如TOF或FT—MS等。不同的質量分析器設計組合，帶來的分析特性不同，如QqQ可以進行掃描母離子、中性丟失、子離子和多反應監測等數據采集技術：通過提高選擇性而長于定量；Q-TOF或IT-TOF通過引入TOF，將碎片離子的多級質譜分析與離子的高分辨率質譜相結合，更有利于定性。

多級質譜聯用有：

氣相色譜-質譜聯用(二手GC-MS)
液相色譜-質譜聯用(二手LC-MS)
毛細管電泳-質譜聯用(CE-MS)
超臨界流體色影質譜聯用(SFC-MS)
等離子體發射光譜-質譜聯用(二手ICP-MS)