Termisk ionisering (også kjent som overflateionisering eller kontaktionisering) innebærer sprøyting av fordampede, nøytrale atomer på en varm overflate, hvorfra atomene fordamper igjen i ionisk form. For å generere positive ioner, skal atomarten ha lav ioniseringsenergi, og overflaten skal ha en høy arbeidsfunksjon. Denne teknikken er mest egnet for alkaliske atomer (Li, Na, K, Rb, Cs) som har lav ioniseringsenergi og lett fordampes.