使中性原子或分子電離，並從中引出離子束流的裝置。它是各種型別的離子加速器、質譜儀、電磁同位素分離器、離子注入機、離子束刻蝕裝置、離子推進器以及受控聚變裝置中的中性束注入器等裝置的不可缺少的部件。
氣體放電、電子束對氣體原子(或分子)的碰撞，帶電粒子束使工作物質濺射以及表面電離過程都能產生離子，並被引出成束。根據不同的使用條件和用途，目前已研製出多種型別的離子源。使用較廣泛的有弧放電離子源、PIG離子源、雙等離子體離子源和雙彭源。這些源都是以氣體放電過程為基礎的，常被籠統地稱為弧源。高頻離子源則是由氣體中的高頻放電來產生離子的，也有廣泛的用途。新型重離子源的出現，使重離子的電荷態顯著提高，其中較成熟的有電子迴旋共振離子源(ECR)和電子束離子源(EBIS)。負離子源效能較好的有轉荷型和濺射型兩種。在一定條件下，基於氣體放電過程的各種離子源，都能提供一定的負離子束流。
利用稀薄氣體中的高頻放電現象使氣體電離，一般用來產生低電荷態正離子，有時也從中引出負離子，作為負離子源使用。
在高頻電場中，自由電子與氣體中的原子(或分子)碰撞，並使之電離。帶電粒子倍增的結果，形成無極放電，產生大量等離子體。高頻離子源的放電管一般用派勒克斯玻璃或石英管制作。高頻場可由管外螺線管線圈產生，也可由套在管外的環形電極產生。前者稱為電感耦合，後者稱為電容耦合。高頻振盪器頻率為106～108Hz，輸出功率在數百瓦以上。
從高頻離子源中引出離子可有兩種方式。一種是在放電管頂端插入一根鎢絲作為正極，在放電管尾端裝一帶孔負電極，並把該孔做成管形，從中引出離子流。另一種方式是把正極做成帽形，裝在引出電極附近，而放電區則在它的另一側。不管採用哪種引出方式，金屬電極都要用石英或玻璃包起來，以減少離子在金屬表面的複合。
在高頻放電區域中加有恆定磁場時，由於共振現象可提高放電區域中的離子濃度。有時，還在引出區域加非均勻磁場來改善引出。
所示離子源是一種低流強的小型離子源。高頻放電是由電感耦合的，頻率為20MHz，氣耗為7.5ml/h，可引出500μA正離子束。其中原子離子佔80％。引出離子束的能散只有40～50eV。
所示的離子源是一種有軸向外加磁場，流強產額很高的離子源。高頻頻率為45MHz，功率為140W。氣耗為30ml/h，引出電壓8kV，可引出10mA正離子束。
在均勻磁場中，由陰極熱發射電子維持氣體放電的離子源。為了減少氣耗，放電區域往往是封閉的。陽極做成筒形，軸線和磁場方向平行。磁場能很好地約束陰極所發射的電子流，在陽極腔中使氣體的原子（或分子）電離，形成等離子體密度很高的弧柱。離子束可以垂直於軸線方向的側向引出，也可以順著軸線方向引出。
所示的離子源是軸向引出的弧放電離子源。供氣為8ml/h，可以引出500μA的質子流，或者100μA的氫分子流。
在外磁場約束下，產生反射放電的離子源，是弧放電離子源的改進。在弧放電離子源中，陽極另一端和陰極對稱的位置上，裝一與陰極等電位的對陰極，使陰極發射的電子流在中空的陽極內反射振盪，提高了電離效率，改變了放電機制。陰極一般用鎢塊製成，由電子轟擊加熱，稱間熱陰極離子源。反射放電電壓較高時，可在冷陰極狀態下工作。這時離子源結構更加簡單，稱為冷陰極離子源。對於功率較大的離子源，陰極被放電所加熱，達到電子熱發射溫度，被稱為自熱陰極離子源。
是一種軸向引出的熱陰極離子源，用於產生氫離子束。當放電電流為700mA時，可引出42mA離子流。
為產生非氣態元素的離子，將該元素饋入離子源的方法有多種。簡單的方法是使用氣體化合物，也可匯入該元素的蒸氣。某些固體物質還可鍍在陰極表面或陽極腔壁上，靠放電中的濺射作用將該物質匯入放電區。
中，離子源是一種側向引出的冷陰極固體離子源。工作物質放在陽極腔內引出縫的對面，加有1.5kV負電位。可獲得數百微安的鈹、鋁、鈣、鈦和金離子束。
在非均勻磁場中工作的一種弧放電離子源。它的電極系統和磁系統都經過精心安排，使得放電產生的等離子體發生兩次收縮（幾何箍縮和磁箍縮）。由於引出的離子流強度大、亮度高、而主體結構又比較緊湊，使用十分普遍。
大功率的雙等離子體離子源能產生安培級以上的正離子束，是一種有效的強流離子源。正離子被中和以後，就轉化為中性束。從雙等離子體離子源中可以直接引出負離子束，也可以先引出正離子束，再用間接方法得到負離子。
雙等離子體離子源由陰極、中間電極和陽極組成，如圖6所示。中間電極的電位高於陽極，它們都是用鐵磁材料作成的，是磁路的一部分。
雙等離子體離子源和 PIG離子源的綜合。大功率的雙彭源是一種單電荷態的強流離子源，可以引出安培級以上的離子流。小型裝置也有用來作為多電荷重離子源的。
從外形結構看，雙彭源只是在雙等離子體離子源的陽極外側增設一個對陰極。但從放電原理看，它兩種離子源有很大差別。前三個電極組成類似於雙等離子體離子源的系統，看作是一個電子源。由於對陰極上加有和中間電極相同或更負些的電壓，電子就在中間電極和對陰極之間反射振盪，改善了電離。圖7是這種離子源的示意圖。
利用正離子束轉荷產生負離子的裝置。正離子束與固體物質表面相互作用，或通過氣體靶俘獲電子就能轉化成負離子束。正離子束可以由小型雙等離子體離子源提供。如果採用高頻離子源，只要把引出電極的孔道加長，就能得到負離子束。
用正離子束去轟擊工作物質，就能得到該種物質的負離子。若用銫離子束去濺射週期表第Ⅳ族以後電子親合力較大的元素，可以得到該元素微安級的負離子束流。若使氫或氬離子束通過一個充有氣態工作物質的孔道，就能得到數微安的該物質負離子束流。
目前離子源技術還在不斷地發展著。環形雙等離子體離子源、大型雙彭源已可提供百安級的氫正離子流。磁控管型負離子源已得到安培級的氫負離子束。一些小型離子源，則具有低能散、低功耗、低氣耗、長壽命等特色。在產生多電荷重離子束的實驗裝置（如電子迴旋共振離子源、電子束離子源）中，都已得到電荷態很高的重離子。這些新型裝置已逐漸被迴旋加速器所採用。而能產生高溫等離子體的利用慣性約束的鐳射離子源，也產生了高電荷態離子。
採用組合加速方法的重離子加速系統中，前級加速器將電荷態較低的重離子加速到兆電子伏每核子的能量，穿過固體剝離膜或氣體剝離器，將一部分軌道電子剝去，提高電荷態後在主加速器中繼續加速，以得到較高的能量增益。在這種組合加速系統中，前級加速器和剝離器，可以被看成是一種特殊的重離子源系統。
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