離子注入機的工作原理是由離子源、離子引入和質量分析器、加速管、掃描系統和工藝腔組成，可以根據實際需要省去次要部位。

離子源是離子注入機的主要部位，作用是把需要注入的元素氣態粒子電離成離子，決定要注入離子的種類和束流強度。離子源直流放電或高頻放電產生的電子作為轟擊粒子，當外來電子的能量高於原子的電離電位時，通過碰撞使元素發生電離。碰撞後除了原始電子外，還出現正電子和二次電子。

簡單說，就是將所注入的氣體離子化成為帶正電荷的離子束。對離子束用磁場進行篩選後，得到所需要的注入離子，再加速撞擊到注入表面，達到注入離子的目的。

在這過程中，需要控制好真空度，一般需要超高真空。另外，需要控制好加速能量和注入角度，以控制注入的深淺程度。整個系統需要有精確的電流測量和計算，精密的機械運動控制。因此，離子注入系統是集機械，真空，電子測量，計算機控制，高速數據採集和通訊等一體的複雜精密控制系統。