其工作原理是在一个较低真空的腔体内，在负电极和正电极之间加载几百伏特以上的电压，产生辉光放电，在电场的作用下加速正离子轰击靶电极（负极），引起靶中原子溅射，射落到试样的表面，于是在试样表面上形成一层均匀的薄膜。现在的离子溅射镀膜多半是在反应气体存在下进行的，化合物沉积膜的稳定性和光学常数，依赖于气体的类型和阴极材料。

根据溅射室中所填充的气体和阴极溅射原子的作用不同，可分为：①中性溅射。让纯氩气或者是氧化气氛进入真空室，形成不易氧化的阴极材料溅射沉积膜。②反应溅射。让氧气或空气进入溅射室，阴极溅射的原子与氧作用沉积在试样上形成氧化膜。常用的反应气体为氧气，常用的阴极材料有铁、镍、铜铅等，可镀制各种金属、合金、氧化物、化合物、混合材料、半导体、绝缘体、超导体等高性能薄膜材料。

离子溅射仪的主要应用领域包括微电子、光电子、通信、微机械、新材料、新能源等。