Visokoenergijski ioni, ki jih ustvarimo v tandemskem pospeševalniku, ob trku s snovjo izbijajo elektrone. Izbijanje elektronov iz notranjih lupin povzroči relaksacijo atomov v vzorcu z izsevom karakterističnih rentgenskih žarkov, ki se kažejo v rentgenskem spektru z izredno šibkim ozadjem. Tako lahko zaznavamo zelo nizke koncentracije elementov v vzorcih. Pri metodi mikro-PIXE primarni ionski žarek zberemo z lečami in ga z magnetnimi odklonilniki premikamo po rezini biološkega tkiva. Nastane slika, ki kvantitaivno prikaže porazdeltev elementov z detekcijsko limito 0.1 ppm. S takim orodjem izmerimo porazdelitev cinka v žitnem zrnu ali stehtamo, koliko pikogramov zlata v obliki nanodelcev pogoltne posamezna celica v fiziološkem mediju.

Ko biološko tkivo zadene klorov ion z energijo 6 MeV, v vakuum odletijo fragmenti biološkega materiala. Pomemben delež desorbirane snovi je v obliki nefragmentiranih molekularnih ionov z masami, ki lahko presegajo 1000 Da. S premikanjem primarnega žarka po tkivu in detekcijo desorbiranih ionov v masnem spektrometru izmerimo kemijske zemljevide. Z metodo MeV-SIMS tako zaznamo prisotnost kokaina v človeškem lasu in izmerimo močne fluktuacije koncentracije vzdolž lasu, ki jih pripišemo spremembam koncentracije kokaina v telesu na časovni skali ene ure.