Q-TOF Massenspektrometer gehören zu den sogenannten Hybridmassenspektrometern, bei denen min. zwei Massenanalysatoren kombiniert sind. Im Falle des Q-TOF Massenspektrometers handelt es sich um die Kombination eines Quadrupol-Massenanalysators mit einem Flugzeitmassenanalysator. Zwischen den beiden Massenanalysatoren befindet sich zudem eine Kollisionszelle. Diese Massenspektrometer eignen sich für die Erzeugung von Fragmentmassenspektren, mit deren Hilfe die Identifizierung von Verbindungen erleichtert wird. Da die Isolation (im Quadrupol), Fragmentierung (in der Kollisionszelle) und Detektion (im Flugzeitmassenanalysator) der Ionen an unterschiedlichen Orten stattfindet, spricht man hierbei von „tandem in space“.
Beim Q-TOF Massenspektrometer wird nur der TOF-Analysator für die Messung des Massenspektrums genutzt. Der Quadrupol wird entweder im rf-only Betrieb verwendet (Übersichtsscan) oder zur Isolation eines bestimmten m/z-Bereiches vor der Fragmentierung genutzt (Fragment-Ionenscan, MS/MS-Experiment). Üblicherweise verfügt der TOF-Analysator über einen Reflektor. Ein Linearer Messmodus ist bei den Q-TOF Hybridmassenspektrometern im Gegensatz zu den MALDI-TOF Massenspektrometern nicht vorgesehen, da mittels ESI auch von Makromolekülen mehrfach geladene Ionen erzeugt werden. Dadurch entfällt die Notwendigkeit des Linearen Messmodus.
Generell wäre mit nur einem dieser Massenanalysatoren die Detektion von Fragmentmassenspektren möglich. Da aber in diesem Falle keine gezielte Fragmentierung eines Ions mit einem bestimmten m/z-Wertes möglich ist, wären die erhaltenen Fragmentmassenspektren eine Mischung von Fragmentionen aller vorhandenen Spezies in der Mischung. Die Auswertung dieser gemischten Fragmentspektren ist sehr aufwendig bis praktisch unmöglich, da das Fragment-Ion meist keinen Rückschluss auf sein Vorläufer-Ion zulässt. Dies erschwert die Identifizierung einer erwarteten Verbindung, da naturgemäß nicht alle detektierten Fragment-Ionen aus dieser Verbindung erzeugt wurden.