离子束是一种由离子组成的带电粒子束。离子束在电子制造(主要是离子注入)和其他行业中有许多用途。有各种各样的离子束源存在，其中一些来自于美国宇航局在20世纪60年代开发的汞蒸汽推进器。最常见的离子束是单电荷离子束。
离子电流的密度通常在mA/cm^2表示，离子能量通常用eV表示。eV的使用方便了电压和能量之间的转换，特别是在处理单电荷离子束时，以及能量和温度之间的转换(1 eV = 11600 K)。[1]
大多数商业应用普遍使用两种流行的离子源，网格和无网格，它们在电流和功率特性以及控制离子轨迹的能力上有所不同。[1]在这两种情况下，都需要使用电子来产生离子束。最常见的电子发射器是热灯丝以及空心阴极。
在网格离子源中，直流或者射频放电用于产生离子，然后使用网格以及孔径加速、抽取离子。该处的直流放电电流或射频放电功率用于控制离子束电流。
利用网格离子源可以加速的离子电流密度受空间电荷效应的限制，可由Child's Law(也称为Child-Langmuir Law或者Three-halves-power Law)描述:
,
上式中， 表示电网之间的电压， 表示网格之间的距离， 表示离子质量。
通常情况下，网格放置得尽可能近，从而增加当前的电流密度，一般网格间的距离为 。所使用的离子对最大离子束电流有显著影响，因为 。在其他条件相同的情况下，氪的最大离子束电流仅为氩的69%，而氙的比率降至55%。[1]
在无网格离子源中，离子由电子流产生(没有网格)。最常见的无网格离子源是端霍尔离子源。该处的放电电流和气流用于控制束流。
离子束源的一种特殊类型是双等离子体管。离子束可用于溅射或离子束蚀刻以及离子束分析。
离子束应用、蚀刻或溅射是一种概念上类似于喷砂的技术，但使用离子束中的单个原子来烧蚀目标。反应离子蚀刻是利用化学反应性来增强物理溅射效果的一种重要扩展。
在半导体制造的典型应用中，掩模可以选择性地暴露由半导体材料(如二氧化硅或砷化镓薄片)制成的衬底上的光刻胶层。晶片被显影，对于正性光刻胶，在化学过程中除去暴露部分。其结果是在晶片的表面留下了一个图案，这种图案被掩盖起来，不被曝光。然后将晶片放置在真空室中，并暴露在离子束下。离子的作用会侵蚀目标，侵蚀掉光刻胶没有覆盖的区域。
聚焦离子束(FIB)仪器在薄膜器件表征方面有着广泛的应用。在扫描光栅图案中使用聚焦的高亮度离子束，以精确的直线图案移除(溅射)材料，显示固体材料中的二维或地层剖面。其中最常见的应用是验证CMOS晶体管中栅极氧化物层的完整性。单个挖掘地点会显现出一个截面，以便使用扫描电子显微镜进行分析。利用薄层桥两侧的双重挖掘方法制备透射电子显微镜样品。[2]
光纤仪器的另一个常见用途是用于半导体器件的设计验证或者故障分析。设计验证将选择性材料去除与导电、电介质或绝缘材料的气体辅助材料沉积结合起来。为了重新布线集成电路的导电通路，可以使用离子束和气体辅助材料沉积相结合的方法来修改工程原型设备。这项技术有效地验证了计算机辅助设计（CAD设计）与实际功能原型电路之间的相关性，从而避免了为了测试设计变更而创建新的掩模。
材料科学使用溅射来扩展表面分析技术，例如二次离子质谱或电子光谱( XPS ， AES )，使它们可以深度剖析目标。
在放射生物学中，宽的或聚焦的离子束用于研究细胞间和细胞内通讯、信号转导、DNA损伤以及修复的各种机制。
离子束也用于粒子疗法，最常用于癌症的治疗。
由航天器上的离子和等离子推进器产生的离子束可以用来向附近的物体(例如另一艘航天器、一颗小行星等)传递力。这种力是由于被光束照射产生的。这种名为“离子束引导”的创新推进技术已被证明在主动清除空间碎片以及小行星偏转方面是有效的。
由粒子加速器产生的高能离子束也可用于原子物理学、核物理学以及粒子物理学。
利用离子束作为粒子束武器在理论上是可行的，但该技术尚未得到验证。电子束武器在20世纪早期已经被美国海军测试过，但是软管的不稳定性极大地影响了这些武器在超过30英寸距离上的准确性。
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