La geochimica isotopica ha avuto, fin dalla sua nascita, un'enorme influenza sul pensiero scientifico; le Scienze della Terra sono le discipline che ne hanno tratto i maggiori vantaggi. In particolare, la spettrometria di massa a massa solida o spettrometria di massa di ionizzazione termica (TIMS), sin dagli studi pionieristici di A. Nier che negli anni '30 analizzò sistematicamente la composizione isotopica degli elementi solidi, è stata utilizzata per studiare le sistematiche radiogeniche genitore-figlio, che hanno aperto le porte alla possibilità di determinare le età della rocce, descrivere le eterogeneità nella crosta e nel mantello della Terra, e ottenere ricostruzioni paleoclimatiche.

Attualmente, la spettrometria di massa TIMS è utilizzata in un ampio spettro di discipline, oltre alle scienze della Terra e dell'ambiente (geocronologia, geochimica isotopica, tracciamento degli inquinanti), altre applicazioni comuni si hanno nelle scienze dell'alimentazione, nelle scienze nucleari, nelle scienze archeologiche (archeometria) e nella geologia forense.

Nella tecnica TIMS, l'elemento da analizzare deve essere separato dalla matrice, tipicamente in un laboratorio con camere bianche, caricato su un filamento sottile di Re o Ta e quindi ionizzato in una sorgente ultra sottovuoto per effetto Joule. Gli ioni prodotti, mobilizzati e focalizzati da campi elettromagnetici, entrano in un separatore magnetico, dove acquisiscono traiettorie diverse in base ai loro rapporti di massa/carica. Quindi, i fasci ionici vengono analizzati in uno o più rivelatori.

Negli ultimi tre decenni il più significativo progresso tecnologico ha riguardato l’introduzione sul mercato degli spettrometri di massa a collettori multipli ad alta risoluzione a sorgente plasma (HR-MC-ICP-MS), che hanno affiancato gli spettrometri di massa termoionizzanti a sorgente solida (TIMS), gli spettrometri per matrici gassose, e quelli per gas nobili. Gli spettrometri MC-ICP-MS, grazie alla elevata efficienza di ionizzazione della sorgente plasma hanno consentito di espandere le metodologie isotopiche sia per gli isotopi radiogenici, che per un gran numero di isotopi stabili. 

Nel settembre 2017, l’istituto ha installato nella sede di Pisa un MC-ICP-MS ad alta risoluzione di ultima generazione (Thermo Neptune Plus).