Molekyler vibrerer. Deres bindinger strækker sig, bøjer og vrider sig ved bestemte frekvenser. Når infrarødt lys rammer et molekyle, absorberes det, hvis dets frekvens matcher vibrationen. Resultatet er et infrarødt spektrum, et plot af absorberede frekvenser. Hver funktionel gruppe absorberer ved karakteristiske frekvenser, hvilket gør infrarød spektroskopi til et effektivt værktøj til at identificere kemiske grupper.

Teknikken fungerer ved at lede infrarødt lys gennem en prøve og måle, hvor meget der absorberes ved hver bølgelængde. Det resulterende spektrum viser toppe ved specifikke bølgetal, normalt mellem 4000 og 400 cm⁻¹. En bred top omkring 3300 cm⁻¹ indikerer en OH- eller NH-binding. En skarp top omkring 1700 cm⁻¹ indikerer en C=O-binding. En top omkring 2200 cm⁻¹ indikerer en C≡N- eller C≡C-binding. Fingeraftryksområdet under 1500 cm⁻¹ er komplekst, men unikt for hvert molekyle.

Infrarødspektroskopi bruges i organisk kemi til at identificere funktionelle grupper, i retsmedicin til at analysere bevismateriale, i farmaceutisk kvalitetskontrol til at verificere lægemiddelidentitet og i miljøovervågning til at detektere forurenende stoffer. Det er hurtigt, ikke-destruktivt og kræver minimal prøveforberedelse. Bærbare infrarøde spektrometre bruges i felten.

Teknikken er ikke uden begrænsninger. Den kan ikke bestemme den fulde struktur af et molekyle. Den bruges bedst sammen med andre metoder, såsom kernemagnetisk resonans og massespektrometri. Men til identifikation af funktionelle grupper er den uovertruffen.