曆史沿革
早在1906年，現代火箭之父羅伯特·戈達德即已考慮過不通過高溫而将帶電粒子加速的可能性。這可以被認為是有關離子推進的早期理論工作。
1930年代，大名鼎鼎的火箭專家維納·馮·布勞恩在其導師赫爾曼·奧伯特的指導下讨論了電推進的可能性，而後者曾在他的一本書中花費了整整一個章節研究電推進問題。赫爾曼·奧伯特(Hermann JuliusOberth,1894～1989)是與齊奧爾科夫斯基和戈達德齊名的航天先驅,他有關火箭推進的經典著作,被整整一代工程師視為航天領域的"聖經"。
二戰後，當馮·布勞恩繼續研究V-2火箭時，他同時也在考慮星際飛行的可能性。他讓同事Ernst Stuhlinger回顧Oberth當年的工作，這卻使Stuhlinger為電推進的概念所深深吸引而不能自拔，終成一代電推進技術的權威。n在1955年國際宇航大會上發表的一篇文章中，Stuhlinger認為，與傳統的化學推進技術相比，電推進系統的發射質量與最終入軌質量之比要小得多。如果采用電推進，無疑比化學燃料效能高得多，星際旅行的可能性也大大提升。n1958年，美國陸軍彈道導彈部門簽定了有關電推進的第一個合同。兩年後，NASA的Marshall飛行中心委托Hughes實驗室進行30千瓦離子引擎的研制，并于第二年作了演示。同時美國無線電公司的航天電子部也受NASA之托，研制出一批用于搭載引擎的太空艙，每個太空艙都能搭載兩台引擎，以測試不同的推進劑。1964年，美國的SERT 1衛星攜帶了兩台離子引擎入軌進行測試，其結果是一成一敗。
兩個探測器将結合起來由亞利安5号運載火箭發射升空，使用日本小行星探測器“隼鳥”也驗證過的高效離子引擎，從地球出發飛行90億公裡，于2025年底到達水星附近。之後兩個探測器分離進入環繞水星的不同軌道，用一年時間收集信息。
但随着登月競争的白熱化，NASA将研究重點轉向建造使用化學燃料為推進劑的重型運載火箭上。直到1992年，NASA Solar Electric Power Technology Applications Readiness計劃才重拾當年電推進的概念，決定研制氙離子推進引擎。1996年至1997年間，噴氣推進實驗室在其真空室中測試了一台由Lewis中心設計制造的氙離子引擎原型機，引擎平穩運轉了8000小時。有了這一成功經驗，該技術随即被Deep Space 1計劃采用。
工作原理
離子引擎運轉的首要條件就是制造離子氣體。這通常需要由電子槍來完成。管狀陰極發出的電子束被射入經磁化的電離室，與充在室中的氣體原子碰撞，令原子電離成一價正離子。如上圖所示，電離室的另一端裝有一對金屬網，網上加有上千伏（Deep Space 1的所加電壓是1280伏）的電壓，可将離子加速到每秒30米的速度，并從尾部排出，形成離子束，由此産生推力。在這一點上，離子推進技術與傳統的化學推進技術一緻：推力都是靠噴射物質産生的，隻是令物質噴出的方式不同而已。
至于電子槍的電源，一般由飛船的太陽能電池闆充當即可，這樣的結構被稱為太陽能——電推進系統，至今為止采用離子引擎的幾項任務都使用此系統。
如果想讓離子引擎正常工作，還有個疑難問題必須解決：引擎持續噴射出正離子束，會将帶有負電的電子留在其中，這就形成了引擎中強大的負電場，嚴重阻礙了正離子的繼續排出，電子積累足夠多的話，甚至會将排出的正離子再吸引回來。解決此問題的方案是在噴射離子的排氣網附近再安裝一支電子槍作為電中和器，持續向離子束中注入電子，既可以中和離子束，又避免了引擎過度帶電。
當然在實際使用中，還要考慮許多具體細節，比如形成持續離子流的方法。在發展早期，NASA Lewis中心的Harold Kaufman發明了電離汞蒸汽的設備，當時已到Marshall中心工作的Stuhlinger則研制出了利用鎢或铼制成的表面電離铯原子的方法。不過Deep Space 1和SMART-1都使用氙作為推進劑，原因除了氙的推進效率更高之外，更考慮到惰性氣體不易對探測器的設備造成損壞，比汞和铯強上很多。尤其是铯，作為活動性最強的堿金屬，其強腐蝕性對設備的耐用性和穩定性也是個很不利的因素。
另外，還可以利用微波來電離氣體，這樣的系統叫做微波離子引擎。旨在探測小行星糸川并取樣返回的Hayabusa探測器即安裝了此種引擎，它亦采用氙作為推進劑，除去離子化設備之外，其他部分與普通離子引擎無甚差别，不過沒有查到其電中和器具體使用的是什麼裝置，未敢定論。
各探測器的離子引擎。上左：Lewis中心設計的引擎正在JPL進行測試，藍光由帶電離子發出（圖片提供：NASA / JPL）。該引擎是Deep Space 1的引擎原型。上右：Deep Space 1的離子引擎，排氣網安裝在圖中央的支撐環内（圖片提供：NASA / JPL）。下左：測試中的SMART-1引擎（圖片提供：ESA）。下右：Hayabusa的微波離子引擎，其原形機在測試時曾連續運轉了超過18000小時（圖片提供：ISAS）。
其實離子引擎的工作原理并不很複雜，之所以長期沒能投入實際使用，不僅僅是由于阿波羅登月計劃的幹擾，更有新技術的可靠性問題，而各探測任務的參與者往往不希望承擔新技術帶來的不必要風險。
舉例來說，雖然理論上講可以用電子槍解決離子的中和問題，不過要檢驗這一方法的有效性，必須要排除離子束與真空區域邊界相互作用的影響，這在地球上是幾乎不可能做到的，所以其效果究竟如何一直不能定論。而作為NASA新千年計劃的第一個組成部分，Deep Space 1的主要目的之一就是測試包括離子引擎在内的十餘項新技術，科學探測反倒在其次；SMART-1和Hayabusa也為各自的機構承擔着類似的技術測試任務，它們自然就可以較少地顧及新技術失敗的風險了。
