Molekuly vibrují. Jejich vazby se natahují, ohýbají a kroutí na specifických frekvencích. Když infračervené světlo dopadne na molekulu, je absorbováno, pokud jeho frekvence odpovídá vibraci. Výsledkem je infračervené spektrum, graf absorbovaných frekvencí. Každá funkční skupina absorbuje na charakteristických frekvencích, což z infračervené spektroskopie dělá mocný nástroj pro identifikaci chemických skupin.

Technika funguje na principu průchodu infračerveného světla vzorkem a měření množství absorbovaného světla při každé vlnové délce. Výsledné spektrum vykazuje vrcholy při specifických vlnočtech, obvykle mezi 4000 a 400 cm^-1. Široký vrchol kolem 3300 cm^-1 indikuje vazbu OH nebo NH. Ostrý vrchol kolem 1700 cm^-1 indikuje vazbu C=O. Vrchol kolem 2200 cm^-1 indikuje vazbu C≡N nebo C≡C. Oblast otisku prstu pod 1500 cm^-1 je složitá, ale pro každou molekulu jedinečná.

Infračervená spektroskopie se používá v organické chemii k identifikaci funkčních skupin, ve forenzní vědě k analýze důkazů, ve farmaceutické kontrole kvality k ověření identity léčiv a v monitorování životního prostředí k detekci znečišťujících látek. Je rychlá, nedestruktivní a vyžaduje minimální přípravu vzorku. V terénu se používají přenosné infračervené spektrometry.

Tato technika není bez omezení. Nedokáže určit úplnou strukturu molekuly. Nejlépe se používá spolu s dalšími metodami, jako je nukleární magnetická rezonance a hmotnostní spektrometrie. Pro identifikaci funkčních skupin je však bezkonkurenční.