Une microsonde nucléaire, qui n’est autre qu’un microfaisceau d’ions de haute énergie, peut être utilisée à plusieurs fins : un moyen de dosage élémentaire, une méthode de caractérisation structurale ou bien un outil de dépôt local d’énergie ou de charges. Grâce à la maîtrise des caractéristiques du faisceau, la microsonde nucléaire permet une localisation latérale très fine, et ainsi l’accès à la répartition quantitative des éléments dans les trois dimensions à l’échelle micrométrique.

Les méthodes d'analyse radiochimiques et isotopiques s'appuient sur des mesures des propriétés du noyau de l'atome. Elles servent à déterminer de la matière en très faibles quantités dans le domaine des microgrammes aux fractions de picogramme. Les méthodes radiochimiques et nucléaires conservent leur raison d’être car elles sont souvent plus simples et plus aisées à mettre en œuvre. Elles ont l'avantage de nécessiter un appareillage moins onéreux que celui de techniques concurrentes, non radioactives, et les résultats obtenus moins sujets à erreur. De plus, les radioactivités à manipuler  pour ces techniques sont faibles et parfaitement contrôlées.