Η φασματοσκοπία μελετά τον τρόπο με τον οποίο η ύλη αλληλεπιδρά με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Όταν το φως χτυπά μια ουσία, μπορεί να απορροφηθεί, να εκπεμφθεί ή να διασκορπιστεί. Το πρότυπο απορρόφησης ή εκπομπής αποκαλύπτει τη δομή και τη σύνθεση της ουσίας. Κάθε μόριο έχει ένα μοναδικό φασματικό αποτύπωμα. Η φασματοσκοπία είναι ένα από τα πιο ισχυρά εργαλεία στη χημεία, τη φυσική και την αστρονομία.

Η τεχνική αυτή διατίθεται σε πολλές μορφές. Η φασματοσκοπία υπερύθρου μετρά τις μοριακές δονήσεις και προσδιορίζει λειτουργικές ομάδες. Η φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού μετρά τις ηλεκτρονικές μεταβάσεις και χρησιμοποιείται για την ποσοτικοποίηση των συγκεντρώσεων. Η φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού μετρά τις μεταβάσεις του πυρηνικού σπιν και προσδιορίζει τη μοριακή δομή. Η φασματομετρία μάζας δεν είναι αυστηρά φασματοσκοπία, αλλά συχνά ομαδοποιείται μαζί της. Η φασματοσκοπία ακτίνων Χ μετρά τις ηλεκτρονικές μεταβάσεις σε εσωτερικές στοιβάδες. Κάθε μορφή χρησιμοποιεί ένα διαφορετικό μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.

Η φασματοσκοπία χρησιμοποιείται για την αναγνώριση άγνωστων ουσιών, την ποσοτικοποίηση συγκεντρώσεων, τη μελέτη της κινητικής των αντιδράσεων και τον προσδιορισμό της μοριακής δομής. Χρησιμοποιείται στην αστρονομία για τον προσδιορισμό της σύνθεσης των αστεριών και των γαλαξιών. Χρησιμοποιείται στην ιατρική για τη διάγνωση ασθενειών. Χρησιμοποιείται στην περιβαλλοντική παρακολούθηση για την ανίχνευση ρύπων. Χρησιμοποιείται στην εγκληματολογία για την ανάλυση αποδεικτικών στοιχείων.

Τα όργανα ποικίλλουν σε πολυπλοκότητα. Ένα απλό φασματοφωτόμετρο μετρά την απορρόφηση σε ένα μήκος κύματος. Ένα φασματόμετρο NMR χρησιμοποιεί υπεραγώγιμους μαγνήτες και ραδιοκύματα. Ένα τηλεσκόπιο με φασματογράφο μετρά τα φάσματα μακρινών αστεριών. Η κοινή αρχή είναι η αλληλεπίδραση του φωτός με την ύλη.