Spektroskopie studuje, jak hmota interaguje s elektromagnetickým zářením. Když světlo dopadne na látku, může být absorbováno, emitováno nebo rozptýleno. Vzor absorpce nebo emise odhaluje strukturu a složení látky. Každá molekula má jedinečný spektrální otisk prstu. Spektroskopie je jedním z nejmocnějších nástrojů v chemii, fyzice a astronomii.

Tato technika se vyskytuje v mnoha formách. Infračervená spektroskopie měří molekulární vibrace a identifikuje funkční skupiny. Ultrafialová a viditelná spektroskopie měří elektronické přechody a používá se ke kvantifikaci koncentrací. Nukleární magnetická rezonanční spektroskopie měří spinové přechody jader a určuje molekulární strukturu. Hmotnostní spektrometrie není striktně spektroskopie, ale často se s ní seskupuje. Rentgenová spektroskopie měří elektronické přechody ve vnitřních slupkách. Každá forma využívá jinou část elektromagnetického spektra.

Spektroskopie se používá k identifikaci neznámých látek, kvantifikaci jejich koncentrací, studiu reakční kinetiky a určení molekulární struktury. Používá se v astronomii k určení složení hvězd a galaxií. Používá se v medicíně k diagnostice nemocí. Používá se při monitorování životního prostředí k detekci znečišťujících látek. Používá se ve forenzní vědě k analýze důkazů.

Přístroje se liší složitostí. Jednoduchý spektrofotometr měří absorbanci na jedné vlnové délce. NMR spektrometr využívá supravodivé magnety a rádiové vlny. Dalekohled se spektrografem měří spektra vzdálených hvězd. Společným principem je interakce světla s hmotou.