超高真空係統要用出氣率極低的不鏽鋼製成，超高真空則由一係列的真空泵組來實現和維持，包括機械泵、渦輪分子泵、離子泵、鈦升華泵等等。得益於現代超高真空技術的發展，MBE 係統的真空度一般都能達到優於1×10-10 Torr（乇）的(de)水(shui)平(ping)。在(zai)這(zhe)個(ge)真(zhen)空(kong)度(du)下(xia)，即(ji)使(shi)係(xi)統(tong)裏(li)麵(mian)的(de)殘(can)餘(yu)氣(qi)體(ti)百(bai)分(fen)之(zhi)百(bai)地(di)吸(xi)附(fu)到(dao)單(dan)晶(jing)襯(chen)底(di)的(de)表(biao)麵(mian)，鋪(pu)滿(man)一(yi)個(ge)原(yuan)子(zi)層(ceng)也(ye)需(xu)要(yao)一(yi)小(xiao)時(shi)左(zuo)右(you)。這(zhe)時(shi)的(de)殘(can)留(liu)氣(qi)體(ti)以(yi)氫(qing)氣(qi)為(wei)主(zhu)，而(er)常(chang)溫(wen)下(xia)氫(qing)氣(qi)很(hen)難(nan)吸(xi)附(fu)於(yu)大(da)部(bu)分(fen)材(cai)料(liao)，因(yin)此(ci)這(zhe)裏(li)無(wu)疑(yi)是(shi)地(di)球(qiu)上(shang)潔(jie)淨(jing)的(de)地(di)方(fang)。生(sheng)長(chang)薄(bo)膜(mo)所(suo)用(yong)的(de)單(dan)晶(jing)襯(chen)底(di)則(ze)要(yao)置(zhi)於(yu)襯(chen)底(di)加(jia)熱(re)台(tai)上(shang)，它(ta)位(wei)於(yu)真(zhen)空(kong)係(xi)統(tong)的(de)中(zhong)心(xin)位(wei)置(zhi)，其(qi)溫(wen)度(du)的(de)控(kong)製(zhi)與(yu)蒸發源類似，都是通過 PID 控製器調控，用以優化生長。用於靶材加熱的蒸發源同時指向真空係統的中心（襯底所在處），每個蒸發源可進行獨立、的溫度控製，以保證穩定的分子束流或原子束流。對大型 MBE 係統而言，如果設計合適，可以安裝十幾個高純元素的蒸發源，用於多組分複雜化合物薄膜的製備。
MBE 薄膜生長的實時監測則由反射式高能電子衍射儀（Reflection High Energy Electron Diffraction, RHEED）完成。RHEED電子槍發射的高能電子以掠角入射（小於4度），經過襯底樣品表麵反射後再以掠角方式到達熒光屏。這種工作機製使得薄膜的生長和實時監測互不幹擾，這是 MBE 的另一大優點：在已知的薄膜生長裝置中，RHEED 是利用電子作為探針、原位實時監測薄膜生長的設備。通過記錄分析 RHEED 的衍射花樣和強度，我們可以了解薄膜在生長過程中其表麵的平整度、結晶的好壞和晶體結構等重要信息。表麵越平整， RHEED 信號就越強，衍射條紋也越長。
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