NanoSIMS ist ein Sekundärionen-Massenspektrometer (SIMS) welches eine bessere räumliche Auflösung als herkömmlichen SIMS ermöglicht. Während mit diese eine Auflösung im Mikrometerbereich erreichen, sind mit NanoSIMS dreidimensionales Bilder der Elementzusammensetzungen einer Probe mit einer räumlichen Auflösung kleiner als 50 Nanometer möglich. Das integrierte magnetische Massenspektrometer erlaubt gleichzeitig hohe Transmission und Massenauflösung. Dadurch können beispielsweise in biologischen Proben verschiedene Isotopenkombinationen des Kohlenstoffs unterschieden und beispielsweise der Einbauort eines Isotopes in der Zelle gemessen werden. Weiterhin wird NanoSIMS zur hochaufgelösten Messung von Spurenelementen, zur Altersbestimmung und zum Herkunftsnachweis anhand von Isotopenzusammensetzungen eingesetzt.