Spektroskopi er studiet af lysspektre. Når lys passerer gennem et prisme eller et diffraktionsgitter, spredes det i sine komponentbølgelængder. Det resulterende spektrum indeholder mørke linjer kaldet absorptionslinjer eller lyse linjer kaldet emissionslinjer. Hvert element producerer et unikt mønster af linjer. Ved at aflæse disse mønstre kan astronomer bestemme, hvad en stjerne, galakse eller planet er lavet af.

Teknikken blev udviklet i det 19. århundrede af Gustav Kirchhoff og Robert Bunsen, som viste, at hvert grundstof har et karakteristisk spektral fingeraftryk. Astronomer anvendte det hurtigt på Solen og opdagede helium, før det blev fundet på Jorden. Siden da er spektroskopi blevet det vigtigste værktøj inden for astronomi.

Spektroskopi afslører mere end sammensætning. Forskydningen af ​​spektrallinjer afslører bevægelse. Udvidelsen af ​​linjer afslører temperatur og tryk. Opdelingen af ​​linjer afslører magnetfelter. Formen på kontinuumet afslører tilstedeværelsen af ​​støv. Næsten alt, hvad astronomer ved om himmellegemers fysiske egenskaber, kommer fra spektroskopi.

Moderne spektrografer er utroligt følsomme. De kan opdage planeter ved at måle en stjernes bevægelser. De kan måle universets udvidelse. De kan søge efter biosignaturer i exoplaneters atmosfærer. Spektret er en kosmisk stregkode, og astronomer har lært at læse den.