Una máquina de pulverización catódica suele ser una cámara pequeña y sellada donde las partículas energéticas, como los electrones, bombardean un material fuente que expulsa átomos de la superficie. Estos átomos luego rebotan en las paredes de la cámara, cubriendo un objeto de muestra dentro de la cámara. Los microscopios electrónicos de barrido (SEM), que dependen de la conductividad eléctrica de las muestras para ver las características a escala nanométrica, a menudo dependen de esta máquina para recubrir las muestras biológicas con una fina capa de platino para su visualización. Otros usos de la tecnología de las máquinas de pulverización catódica incluyen el recubrimiento de películas delgadas en el proceso de deposición para la industria de los semiconductores y el grabado de una capa superficial de un material para determinar su composición química.
Aunque las máquinas para las que una máquina de pulverización catódica prepara una muestra pueden ser muy complejas y costosas, el equipo de pulverización catódica no tiene por qué serlo. Estas máquinas pueden ser dispositivos relativamente simples que operan según principios físicos establecidos y, a menudo, carecen de partes móviles o de la necesidad de un mantenimiento complejo. Varían en tamaño, desde pequeños dispositivos de mesa hasta grandes modelos de suelo.
La deposición física de vapor es un método de rutina utilizado en el diseño de máquinas de pulverización catódica. El material de deposición se convierte en vapor en una cámara de pulverización catódica a baja presión, generalmente un vacío parcial. El vapor se condensa sobre el material del sustrato en la cámara para formar una película delgada. Esta película puede tener solo varias capas de átomos o moléculas de espesor, y se espesará en proporción directa a la duración del proceso de pulverización catódica. Otros factores en el espesor de la película delgada incluyen la masa de cada material involucrado y el nivel de energía de las partículas de recubrimiento, que pueden cargarse desde decenas de electronvoltios hasta miles.
Los átomos cargados conocidos como iones también son utilizados por una máquina de pulverización catódica en un proceso conocido como posible pulverización catódica. El material de pulverización catódica recibe una carga iónica que luego pierde cuando impacta con la superficie objetivo. Relacionado con este proceso está el grabado de iones reactivos (RIE), que utiliza materiales iónicos naturales en la investigación de espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS), para analizar la presencia de oligoelementos en los materiales. El procesamiento estático de SIMS producirá un chisporroteo a una velocidad tan fina que solo se eliminará una décima parte de una monocapa atómica de la superficie objetivo. Se trata, por tanto, de otra herramienta útil en la investigación en nanotecnología como lo es la máquina de pulverización catódica para el SEM.
Otros usos incluyen el revestimiento de vidrio plano, acrílicos y otros plásticos, así como cerámicas y cristales distintos del silicio. También se pueden utilizar como un método muy fino para limpiar y pulir componentes delicados. Joyas y vajillas caras, como cubiertos de oro, también pueden sufrir una deposición catódica, al igual que las películas especializadas de oro y aluminio.