Tandemowe spektrometry mas są stosowane także do określania sekwencji aminokwasowej peptydów. Sekwencjonowanie peptydów jest elementem często stosowanej procedury identyfikacji białek, dlatego też tandemowe spektrometry mas są powszechnie stosowane w badaniach proteomicznych. Spektrometry takie mogą być użyte do identyfikacji pojedynczych białek. Tandemowe spektrometry mas mogą być połączone z systemem chromatograficznym, dzięki czemu możliwe jest zidentyfikowanie od kilkudziesięciu do ponad tysiąca białek w jednej próbce.
Wprowadzenie na początku lat 90. XX wieku tandemowej spektrometrii masowej do badań przesiewowych noworodków doprowadziło znacznego wzrostu rozpoznawania potencjalnie poddających się leczeniu wrodzonych chorób metabolicznych, które charakteryzują się obecnością, przede wszystkim, we krwi i moczu kwasów organicznych.
Metody fragmentacji jonów W tandemowych spektrometrach mas stosowane są różne metody fragmentacji jonów. Najczęściej używane są: Fragmentacja przez zderzenia (Collisionally Induced Dissociation – CID) – jony fragmentowane zderzają się z cząsteczkami gazu obojętnego.