熱電離離子源是分析固體樣品的常用離子源之一。其基本工作原理是:把樣品涂覆在高熔點的金屬帶表面裝入離子源，在真空狀態下通過調節流過金屬帶的電流強度使樣品加熱蒸發，部分中性粒子在蒸發過程中電離形成離子。熱電離效率依賴于所用金屬帶的功函數、金屬帶的表面溫度和分析物質的第一電離電位。通常金屬帶的功函數越大、表面溫度越高、分析物質的第一電離電位越低，熱電離源的電離效率就越高。因此具有相對較低電離電位的堿金屬、堿土金屬和稀土元素均適合使用熱電離源進行質譜分析。而一些高電離電位元素，如Cu、Ni、Zn、Mo、Cd、Sb、Pb等過渡元素，在改進涂樣技術和使用電離增強劑后，也能得到較好的質譜分析結果。
圖7 表面電離源的示意圖
圖7是表面電離源的示意，結構為單帶熱電離源。當金屬帶加熱到適當的溫度，涂在帶上的樣品就會蒸發電離。單帶源適合于堿金屬等低電離電位的元素分析。對于電離電位較高的樣品為了得到足夠高的電離效率，需要給金屬帶加更高的工作溫度。金屬帶在升溫過程中，樣品有可能會在達到合適的電離溫度之前，因大量蒸發而耗盡。為了解決這一問題，在其基礎上又形成了雙帶和多帶熱電離源。即在源中設置兩種功能的金屬帶，一種用于涂樣，稱樣品帶；另一種用于電離，叫電離帶。這兩種帶的溫度可分別加以控制。當電離帶調至合適的溫度后，樣品帶的溫度只需達到維持蒸發產生足夠的束流。這樣既能節制蒸發，又能獲得較高的電離效率。
還有一種舟形的單帶，把錸或鎢帶設計成舟形，舟內放入樣品。由于舟內蒸發的樣品在逸出前會與熾熱的金屬表面進行多次碰撞，增加生成離子的機會，因此，舟形單帶的電離效率可接近于多帶電離源。