PFIB显微镜是一款双束电镜，它可以简单理解为单束聚焦离子束系统与普通SEM的耦合。单束聚焦离子束系统由离子源、离子光学柱、束描画系统、信号采集系统和样品台五个部分构成。离子源设置在离子束镜筒的顶端，在其上加较强的电场可以抽取出带正电荷的离子，这些离子通过静电透镜及偏转装置的聚焦和偏转来实现对样品的可控扫描。样品加工是通过将加速的离子轰击样品使其表面原子发生溅射来实现，同时产生的二次电子和二次离子被相应的探测器收集并用于成像。为了避免离子束受周围气体分子的影响，与扫描电镜类似，样品腔和离子束镜筒需要在高真空条件下工作。
常见的PFIB显微镜是电子束垂直安装，离子束与电子束成一定夹角安装。通常称电子束和离子束聚焦平面的交点为共心高度位置。在使用过程中样品处于共心高度的位置即可同时实现电子束成像和离子束加工，并可以通过样品台的倾转使样品表面与电子束或离子束垂直。显微镜还可以配备不同的附属设备以达到特定目的，如：特定的气体注入系统(GIS)，能谱或电子背散射衍射系统，纳米操纵仪和各种可控的样品台。
PFIB显微镜离子源是双束系统中的关键部件，是产生离子束的装置。离子源的关键技术指标包括：离子束流强度范围，离子能量范围，最小束斑尺寸，发射离子的稳定性，使用寿命等。这些技术指标往往决定了整个离子束设备的性能和加工工艺水平。因此，聚焦离子束加工系统的发展与离子源的开发密切相关。目前可用的离子源包括：液态金属离子源，可以用于液态金属离子源的元素包括Al、As、Au、B、Be、Bi、Cs、Cu、Ga、Ge、Fe、In、Li、Pb、P、Pd、Si、Sn、U和Zn等；气体场离子化源(GFIS)，例如，用He+可获得10nm以下的刻蚀线；电感耦合等离子体源(ICP)，通过使用惰性气体或其它活性气体可以实现大范围的加工速率；液态金属合金离子源(LMAISS)，可利用周期表中相当大范围的元素，能够实现纳米尺度上的加工和掺杂等新功能。
