Ionenspuren werden durch schnelle schwere Ionen auf ihrem Weg durch einen Festkörper erzeugt. Sie entsprechen strukturell veränderten Bereichen mit einem Durchmesser von 6–8 Nanometern und können mit folgenden Techniken untersucht werden: Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie (RBS), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Neutronen-Kleinwinkelstreuung (SANS), Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS), Gaspermeation.
Ionenspuren können in vielen isolierenden Festkörpern selektiv geätzt werden. Als Ergebnis entstehen Kegel oder Zylinder mit Durchmessern bis herab zu 8 Nanometern.
Ionenspuren können in Mineralien Millionen von Jahren überdauern. Aus ihrer Dichte lässt sich die Zeit bestimmen, zu der das Mineral aus seiner Schmelze erstarrt ist. In der Spaltspurdatierung dienen Ionenspuren als geologische Uhren.