AES的深度分析功能是AES最有用的分析功能，主要分析元素及含量隨樣品表面深度的變化。
鍍銅鋼深度分析曲線
采用能量為500eV～5keV的惰性氣體氬離子濺射逐層剝離樣品，并用俄歇電子能譜儀對樣品原位進行分析，測量俄歇電子信號強度I （元素含量）隨濺射時間t（濺射深度）的關系曲線,這樣就可以獲得元素在樣品中沿深度方向的分布。
在經過界面反應后，在PZT薄膜與硅基底間形成了穩定的SiO2界面層。這界面層是通過從樣品表面擴散進的氧與從基底上擴散出的硅反應而形成的。
濺射產額與離子束的能量、種類、入射方向、被濺射固體材料的性質以及元素種類有關。
多組分材料由于其中各元素的濺射產額不同，濺射產額高的元素被大量濺射掉，而濺射產額低的元素在表面富集，使得測量成分發生變化，稱之為擇優濺射。有時擇優濺射的影響很大。如上圖。
工作模式有兩種：
1)連續濺射式：離子濺射的同時進行AES分析； 2)間歇濺射式：離子濺射和AES分析交替進行。
離子濺射深度分布分析是一種破壞性分析方法。離子的濺射過程非常復雜，不僅會改變樣品表面的成分和形貌，有時還會引起元素化學價態的變化。濺射產生的表面粗糙也會大大降低深度剖析的深度分辨率。濺射時間越長，表面粗糙度越大，解決方法是旋轉樣品，以增加離子束的均勻性。