飛行時間 (Time-of-Flight, ToF) による粒子識別は、粒子が既知の距離を移動するのにかかる時間を測定することで、粒子の速度と質量を決定する手法である。これはチェレンコフ放射や電離エネルギー損失といった手法を補完する技術であり、現代の検出器において広範な運動量範囲で頑健な粒子分離を可能にする。

粒子の速度は $c\sqrt{1-(m/E)^2}$ で与えられる。ここで $m$ は質量、$E$ はエネルギーである。粒子が検出器のある区間を通過するのにかかる時間を測定することで、速度が決定される。速度とエネルギー（カロリメータまたは磁場から得られる）から質量が計算される。異なる種類の粒子は異なる質量を持つため、同じエネルギーでも異なる速度で到達する。この速度の違いが分離を可能にする。