La spectroscopie étudie l'interaction de la matière avec le rayonnement électromagnétique. Lorsqu'un rayon lumineux frappe une substance, il peut être absorbé, émis ou diffusé. Le spectre d'absorption ou d'émission révèle la structure et la composition de la substance. Chaque molécule possède une signature spectrale unique. La spectroscopie est un outil extrêmement puissant en chimie, en physique et en astronomie.

Cette technique se décline sous de nombreuses formes. La spectroscopie infrarouge mesure les vibrations moléculaires et identifie les groupes fonctionnels. La spectroscopie ultraviolet-visible mesure les transitions électroniques et permet de quantifier les concentrations. La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire mesure les transitions de spin nucléaire et détermine la structure moléculaire. La spectrométrie de masse n'est pas à proprement parler une spectroscopie, mais elle y est souvent associée. La spectroscopie des rayons X mesure les transitions électroniques des couches internes. Chaque technique utilise une partie différente du spectre électromagnétique.

La spectroscopie sert à identifier des substances inconnues, à quantifier leurs concentrations, à étudier la cinétique des réactions et à déterminer la structure moléculaire. Elle est utilisée en astronomie pour déterminer la composition des étoiles et des galaxies. En médecine, elle permet de diagnostiquer les maladies. En surveillance environnementale, elle permet de détecter les polluants. Enfin, en criminalistique, elle sert à analyser les preuves.

La complexité des instruments varie. Un simple spectrophotomètre mesure l'absorbance à une longueur d'onde donnée. Un spectromètre RMN utilise des aimants supraconducteurs et des ondes radio. Un télescope équipé d'un spectrographe mesure les spectres d'étoiles lointaines. Le principe commun repose sur l'interaction de la lumière avec la matière.