يدرس علم الأطياف كيفية تفاعل المادة مع الإشعاع الكهرومغناطيسي. فعندما يصطدم الضوء بمادة ما، يمكن امتصاصه أو انبعاثه أو تشتيته. ويكشف نمط الامتصاص أو الانبعاث عن بنية المادة وتركيبها. ولكل جزيء بصمة طيفية فريدة. ويُعدّ علم الأطياف من أقوى الأدوات في الكيمياء والفيزياء وعلم الفلك.

تتخذ هذه التقنية أشكالاً عديدة. يقيس التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء الاهتزازات الجزيئية ويحدد المجموعات الوظيفية. بينما يقيس التحليل الطيفي بالأشعة فوق البنفسجية والمرئية الانتقالات الإلكترونية ويُستخدم لتحديد التركيزات. أما التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي فيقيس انتقالات اللف المغزلي النووي ويحدد البنية الجزيئية. لا يُعد قياس الطيف الكتلي علماً طيفياً بالمعنى الدقيق، ولكنه يُصنف معه غالباً. ويقيس التحليل الطيفي بالأشعة السينية الانتقالات الإلكترونية في المستويات الداخلية. يستخدم كل شكل من هذه الأشكال جزءاً مختلفاً من الطيف الكهرومغناطيسي.

يُستخدم التحليل الطيفي لتحديد المواد المجهولة، وقياس تركيزاتها، ودراسة حركية التفاعلات، وتحديد التركيب الجزيئي. كما يُستخدم في علم الفلك لتحديد تركيب النجوم والمجرات. ويُستخدم في الطب لتشخيص الأمراض. ويُستخدم في الرصد البيئي للكشف عن الملوثات. ويُستخدم في الطب الشرعي لتحليل الأدلة.

تتفاوت الأجهزة في درجة تعقيدها. يقيس مطياف ضوئي بسيط الامتصاص عند طول موجي واحد. يستخدم مطياف الرنين النووي المغناطيسي مغناطيسات فائقة التوصيل وموجات راديوية. يقيس تلسكوب مزود بمطياف أطياف النجوم البعيدة. المبدأ المشترك هو تفاعل الضوء مع المادة.