① 离子掺杂与离子束改性
从20世纪60年代开始，人们将一定量的硼、磷或其他元素的离子注入到半导体材料中，形成掺杂。掺杂的深度可用改变离子的能量来控制;掺杂的浓度可通过积分离子流强度来控制。离子注入方法的重复性、可靠性比扩散法好。离子注入掺杂在半导体大规模集成电路的生产中已成为重要环节，用离子注入法取代旧的扩散等工艺在有些器件中已成为必然趋势。
离子注入在金属材料的改性中获得的结果十分引人注目。在常用金属的离子注入改性中，可以提高金属的硬度、抗腐蚀性能和抗疲劳强度，降低金属的磨损率。某些绝缘材料如陶器、玻璃、有机材料经离子束照射以后，性质发生重要的变化，获得新的用途。
离子束照射和掺杂的过程是非热平衡过程，因此用这种方法可以获得用一般冶金和化工方法无法得到的新材料。能量较低(50~400keV)的专门用于离子注入的小型加速器"离子注入机"，已成为一种专门设备，体积相当于一台电子显微镜或高压示波器，使用维护都很方便。在类金刚石材料、高温超导材料、磁性材料、感光材料等的研究中，已广泛应用离子束，一门新兴的冶金学──"离子注入冶金学"正在形成。
② 离子束分析
具有一定能量的离子与物质相互作用会使其发射电子、光子、X 射线等，还可能发生弹性散射、非弹性散射以及核反应，产生反弹离子、反冲核、γ 射线、氢核、氚核、 粒子等核反应产物，可以提供有关该物质的组分、结构和状态等信息。利用这些信息来分析样品统称离子束分析。在离子束分析方法中，比较成熟的有背散射分析X射线荧光分析、核反应分析和沟道效应(见沟道效应和阻塞效应)与其他分析相结合的分析方法等。此外，利用低能离子束还可作表面成分分析,如离子散射谱(ZSS)、次级离子质谱(SZMS)等。超灵敏质谱(加速器质谱)、带电粒子活化分析、离子激发光谱、离子激发俄歇电子谱等正在发展中。用于离子束分析的MV级加速器已有专门的商业化设备。
