Uma máquina de pulverização catódica é geralmente uma pequena câmara selada onde partículas energéticas, como elétrons, bombardeiam uma fonte de material que ejeta átomos da superfície. Esses átomos então ricocheteiam nas paredes da câmara, revestindo um objeto de amostra dentro da câmara. Os microscópios eletrônicos de varredura (SEMs), que contam com a condutividade elétrica das amostras para visualizar características em escala nanométrica, frequentemente contam com esta máquina para revestir as amostras biológicas com uma fina camada de platina primeiro para visualização. Outros usos para a tecnologia de máquina de pulverização catódica incluem o revestimento de filmes finos no processo de deposição para a indústria de semicondutores e para decapagem de uma camada superficial de um material para determinar sua composição química.
Embora as máquinas para as quais uma máquina de pulverização catódica prepara uma amostra possam ser muito complexas e caras, o equipamento de pulverização catódica não precisa ser. Essas máquinas podem ser dispositivos relativamente simples operando em princípios físicos estabelecidos e, muitas vezes, carecem de peças móveis ou a necessidade de manutenção complexa. Eles variam em tamanho, desde pequenos dispositivos de mesa até grandes modelos de piso.
A deposição física de vapor é um método de rotina usado no projeto de máquina de pulverização catódica. O material de deposição é convertido em vapor em uma câmara de pulverização catódica sob baixa pressão, geralmente um vácuo parcial. O vapor condensa no material do substrato na câmara para formar uma película fina. Esse filme pode ter apenas várias camadas de átomos ou moléculas de espessura e vai engrossar na proporção direta de quanto tempo o processo de pulverização catódica continua. Outros fatores na espessura do filme fino incluem a massa de cada material envolvido e o nível de energia das partículas de revestimento, que podem ser carregadas de dezenas de elétron-volts a milhares.
Os átomos carregados conhecidos como íons também são usados por uma máquina de pulverização catódica em um processo conhecido como pulverização catódica potencial. O material pulverizado recebe uma carga iônica que perde quando atinge a superfície alvo. Relacionado a este processo está a corrosão iônica reativa (RIE), que utiliza materiais naturalmente iônicos em pesquisas de espectrometria de massa de íons secundários (SIMS), para analisar a presença de elementos traço em materiais. O processamento estático do SIMS disparará a uma taxa tão fina que apenas um décimo de uma monocamada atômica será removida da superfície alvo. É, portanto, outra ferramenta útil na pesquisa em nanotecnologia, como é a máquina de pulverização catódica para o SEM.
Outros usos incluem o revestimento de vidro plano, acrílico e outros plásticos, bem como cerâmicas e cristais que não sejam silício. Eles também podem ser usados como um método muito fino de limpeza e polimento de componentes delicados. Joias e talheres caros, como talheres de ouro, também podem sofrer uma deposição catódica, assim como os filmes de ouro e alumínio especializados.