轨道离子阱(Orbitrap)在原始专利(US7714283 B2)中的名字是静电场离子阱(Electrostatic Trap)。 其中工作原理类似于电子围绕原子核旋转。由于静电力作用，离子受到来自中心纺锤形电极吸引力。由于离子进入离子阱之前的初速度以及角度，离子会围绕中心电极做圆周运动。离子的运动可以分为两部分：围绕中心电极的运动（径向）和沿中心电极的运动（轴向）。因为离子质量不同，在达到谐振时，不同离子的轴向往复速度是不同的。设定在离子阱中部的检测器通过检测离子通过时产生的感应电流，继而通过放大器得到一个时序信号。因为多种离子同时存在，这个时序信号实际是多种离子同时共振在不同频率的混频信号。通过傅立叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)，得到频谱图。因为共振频率和离子质量的直接对应关系，可以由此得到质谱图。