Se trata de una técnica de litografía de barrido sin máscara ni resistencia. Es muy similar a la EBL, salvo que utiliza un haz de iones en lugar de un haz de electrones para escribir el patrón. Además, el haz no se utiliza para exponer la resistencia, sino que chisporrotea y elimina el sustrato (o la película) directamente, por lo que no es necesario sacrificar la capa de resistencia.

Los metales líquidos se utilizan como fuentes de iones debido a su mayor peso atómico, que da lugar a mayores rendimientos de pulverización catódica. De ellos, el galio es el más utilizado por su bajo punto de fusión. Los átomos de galio se calientan, se ionizan, se aceleran y se concentran en un pequeño punto del sustrato de unos 5 nm. La energía de aceleración de los iones incidentes y el tipo de sustrato determinarán el rendimiento del sputtering y, por tanto, la tasa de eliminación de átomos.

La redeposición de los átomos pulverizados es un problema importante en la FIB. Esto ocurre cuando los átomos pulverizados vuelven a las proximidades de la posición de fresado, lo que da lugar a una superficie rugosa. Por esta razón, se utilizan chorros de gas para volatilizar el material pulverizado y acelerar la velocidad de eliminación de átomos. Estos diferentes modos de funcionamiento para la eliminación por pulverización catódica, el grabado reactivo y la deposición hacen de la FIB una herramienta muy versátil. Sin embargo, al igual que el EBL, su principal desventaja es su lentitud. El FIB se utiliza actualmente para la reparación de fotomáscaras mediante el fresado de las trazas metálicas no deseadas y el depósito de las trazas metálicas que faltan, así como para la reparación quirúrgica de núcleos de circuitos integrados.

Otro aspecto muy útil de la FIB es que puede utilizarse fácilmente junto con un microscopio electrónico de barrido en la misma cámara de vacío en una configuración de doble haz.

Tanto el cañón de electrones como el de iones pueden orientarse hacia el sustrato para guiar el haz de iones y supervisar el proceso de fresado en tiempo real. Al igual que con el EBL, el sustrato debe estar conectado a tierra eléctricamente.