真空系統能夠使離子源、質量分析器和檢測器在低氣壓狀態下工作，待測離子不會因與殘存氣體分子發生碰撞而散射，有利于分辨率和靈敏度的提高。
常用旋片式機械泵、渦輪分子泵和鈦離子泵串聯組成真空系統，使離子源區氣壓約為10-3~10-5Pa,分析器區氣壓約為10-4~10-Pa,檢測器區氣壓為10-10-2Pa以上。
為防止殘存有機物和反油污染離子源和分析室，在前級機械泵與渦輪分子泵接口處、離子源與分析室接口處設置液氮冷阱。亦可用旋片式機械泵和油擴散泵(加去除烴分子的捕集器)串聯組成抽真空系統，并在油擴散泵與質譜儀之間加可自動控制的隔板，一旦停電隔板將自動關閉，既可防止反油污染質譜儀，又可維持質譜儀的真空在一定時間內變化不大。
1）油擴散泵
優點：價格便宜、使用壽命長。
缺點：抽速慢、耗時長，往往需要一小時以上才能達到所需要的真空要求。
2）渦輪分子泵
優點：僅需十幾分鐘就可以達到所需的真空度，既無反油危險，噪聲本底也小。
缺點：價格昂貴、使用壽命短。
渦輪分子泵結構圖
3）離子泵
在排氣量較小時，離子泵是最佳選擇，它不但無污染，而且使用壽命長，極限真空比渦輪泵還高。要求超高真空的靜態真空質譜儀都選用渦輪泵和離子泵。
真空系統是影響質濾器及檢測器功能的重要因素。質譜儀根據離子不同質荷比進行分離，需將離子引入某種電場和/或磁場中，利用電場和/或磁場分離離子，要求離子具有較大的平均自由程，與其他離子、背景氣體分子等的碰撞概率最低。研究表明，壓力為10-6Torr時可確保質濾器中擾動碰撞次數少于1。