药代动力学
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LC-MS非常普遍地用于药物的药代动力学的研究，并且是生物分析中最常使用的技术。这些研究给出关于药物在肝脏血流，和人体其他器官中清除的速率。这类研究中使用MS的原因是MS与UV相比较有更高的敏感度和超乎一般的特异性（只要被分析物可以被离子化），和较短的分析时间。
MS的主要优点是它使用串联质谱（MS-MS）。可以给检测器编程，让它选择某种离子，将其断裂成碎片。这个过程是从根本上讲是选择技术，但是事实上要复杂得多。被测量的量是操作者所选择的分子碎片的总合。只要没有干扰和离子抑制作用，色谱分离会进行的特别快，目前用MS-MS检测器的分析时间是不到1分钟，而使用UV检测器要超过10分钟。[5][6][7]
蛋白质组学/代谢物组学
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LC-MS也用于研究蛋白质组学。在蛋白质组学中，人们遇到的也是要在复合混合物体系中检测出某些组分并用某种方法确定其详细结构。用于蛋白质组的自下而上（bottom-up proteomics）的LC-MS方法一般涉及蛋白酶解消化和变性（通常，选用胰蛋白酶进行酶解消化，用尿素将三级结构变性，用碘乙酰胺给半胱氨酸“戴帽”，最后，用LC-MS肽质谱指纹区（peptide mass fingerprinting）或LC-MS/MS串联质谱去推导各个多肽的序列。[8])LC-MS/MS通常用于复杂试样的蛋白质组分析。对于复杂试样即使用高分辨率的质谱仪多肽的质量也可能发生重叠。像人的血清那样的复杂生物体液试样只要首先使用SDS-PAGE凝胶电泳或HPLC-SCX进行分离，都可以在现代的LC-MS/MS系统中操作并且可以定出1000种以上蛋白分子的结构。然而，只有在通过SDS-PAGE凝胶或HPLC-SCX分离样品之后，这种高水平的蛋白质鉴定才是可能的。
LC-MS也用于分析天然产物和分析植物的次级代谢产物[9]。在这方面，基于质谱的系统有助于从复杂的生物植物样本中获取更多关于化合物范围广泛的信息。
药物开发
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LC-MS也频繁地用于药物开发的许多不同的阶段，包括，做肽图、做糖蛋白图、天然产物的去重复化、生物亲和性筛选。体内药物筛选、代谢稳定性筛选、代谢物结构确定、杂质确定、降解产物的结构确定、定量生物分析和质量控制。[10]