La citometria di massa supera i limiti imposti dalla marcatura fluorescente, utilizzando gli isotopi di lantanidi legati agli anticorpi. Questo metodo potrebbe teoricamente consentire l'uso di 40 o 60 marcature distinguibili ed è stato dimostrato fino a 30 etichette. La citometria di massa è fondamentalmente diversa dalla citometria a flusso: le cellule sono introdotte in un plasma, successivamente ionizzate e gli isotopi associati sono quantificati mediante spettrometria di massa. Sebbene questo metodo consenta l'uso di un numero elevato di marcatori, attualmente ha una capacità di trasmissione inferiore rispetto alla citometria a flusso. Questa analisi è di tipo distruttivo, precludendo il recupero delle cellule mediante il "cell sorting".