Les molécules vibrent. Leurs liaisons s'étirent, se courbent et se tordent à des fréquences spécifiques. Lorsqu'un rayon infrarouge frappe une molécule, il est absorbé si sa fréquence correspond à la fréquence de vibration. Il en résulte un spectre infrarouge, représentation graphique des fréquences absorbées. Chaque groupe fonctionnel absorbe à des fréquences caractéristiques, faisant de la spectroscopie infrarouge un outil puissant pour l'identification des groupes chimiques.

Cette technique consiste à faire passer de la lumière infrarouge à travers un échantillon et à mesurer l'absorption à chaque longueur d'onde. Le spectre obtenu présente des pics à des nombres d'onde spécifiques, généralement entre 4000 et 400 cm⁻¹. Un pic large autour de 3300 cm⁻¹ indique une liaison OH ou NH. Un pic fin autour de 1700 cm⁻¹ indique une liaison C=O. Un pic autour de 2200 cm⁻¹ indique une liaison C≡N ou C≡C. La région spectrale caractéristique en dessous de 1500 cm⁻¹ est complexe mais unique à chaque molécule.

La spectroscopie infrarouge est utilisée en chimie organique pour identifier les groupes fonctionnels, en sciences forensiques pour analyser les preuves, en contrôle qualité pharmaceutique pour vérifier l'identité des médicaments et en surveillance environnementale pour détecter les polluants. Rapide et non destructive, elle nécessite une préparation minimale des échantillons. Des spectromètres infrarouges portables sont utilisés sur le terrain.

Cette technique présente certaines limites. Elle ne permet pas de déterminer la structure complète d'une molécule. Il est préférable de l'utiliser en complément d'autres méthodes, comme la résonance magnétique nucléaire et la spectrométrie de masse. En revanche, pour l'identification des groupes fonctionnels, elle reste inégalée.