Масс-сепара́тор, электромагнитная установка для разделения изотопов. Основными элементами масс-сепаратора являются ионный источник, электромагнит и приёмник изотопов. Источник ионов, область их разделения и приёмник размещены в вакуумной камере (с давлением около 10^–3 Па).

В ионном источнике исходное вещество ионизуется; из ионов, ускоренных электрическим полем, формируется ионный пучок. В современных масс-сепараторах обычно применяется плазменный источник ионов (например, с дуговым разрядом), обеспечивающий высокую плотность получаемого ионного пучка. Пучок ионов направляют в электромагнит, в магнитном поле которого ионы пространственно разделяются в соответствии с отношением $m/q$ ($m$ – масса иона, $q$ – его заряд). Радиус кривизны $ρ$ траектории ионов определяется соотношением $ρ = (1/B)$, где $B$ – величина магнитной индукции, $V$ – ускоряющий потенциал. Таким образом, исходный пучок ионов разделяется на несколько сфокусированных пучков, в каждом из которых содержатся ионы с определённым значением $m$. При разделении смеси однозарядных ионов конкретного химического элемента ионы одного изотопа попадают в один и тот же пучок, который направляется в свой отсек приёмника («карман») и собирается на пластинку. Собранные изотопы соскабливают с пластин приёмника и в специальной лаборатории переводят в химическое соединение, удобное для применения.

Использование масс-сепаратора – исторически первый метод разделения изотопов, однако производительность этого метода невысока. В США для разделения изотопов урана в промышленных масштабах в 1940-х гг. был создан гигантский масс-сепаратор (длина электромагнита достигала 75 м, масса – 4000 т). На этом масс-сепараторе, названном калутроном, получали уран для ядерного заряда первой атомной бомбы. Ныне калутроны меньших размеров применяются для получения небольших количеств высокообогащённых изотопов различных химических элементов, применяемых в ядерной физике, медицине, геофизике и др.