अणु कंपन करते हैं। उनके बंध विशिष्ट आवृत्तियों पर खिंचते, मुड़ते और घूमते हैं। जब अवरक्त प्रकाश किसी अणु पर पड़ता है, तो यदि उसकी आवृत्ति कंपन से मेल खाती है तो वह अवशोषित हो जाता है। इसका परिणाम एक अवरक्त स्पेक्ट्रम होता है, जो अवशोषित आवृत्तियों का आरेख होता है। प्रत्येक कार्यात्मक समूह विशिष्ट आवृत्तियों पर अवशोषित होता है, जिससे अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी रासायनिक समूहों की पहचान करने का एक शक्तिशाली उपकरण बन जाता है।

इस तकनीक में नमूने से अवरक्त प्रकाश गुजारकर प्रत्येक तरंगदैर्ध्य पर अवशोषित प्रकाश की मात्रा को मापा जाता है। परिणामी स्पेक्ट्रम में विशिष्ट तरंग संख्याओं पर शिखर दिखाई देते हैं, जो आमतौर पर 4000 और 400 cm⁻¹ के बीच होते हैं। 3300 cm⁻¹ के आसपास का चौड़ा शिखर OH या NH बंध को दर्शाता है। 1700 cm⁻¹ के आसपास का तीक्ष्ण शिखर C=O बंध को दर्शाता है। 2200 cm⁻¹ के आसपास का शिखर C≡N या C≡C बंध को दर्शाता है। 1500 cm⁻¹ से नीचे का विशिष्ट क्षेत्र जटिल होता है, लेकिन प्रत्येक अणु के लिए अद्वितीय होता है।

कार्बनिक रसायन विज्ञान में कार्यात्मक समूहों की पहचान करने के लिए, फोरेंसिक विज्ञान में साक्ष्य का विश्लेषण करने के लिए, फार्मास्युटिकल गुणवत्ता नियंत्रण में दवाओं की पहचान सत्यापित करने के लिए और पर्यावरण निगरानी में प्रदूषकों का पता लगाने के लिए अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग किया जाता है। यह तीव्र, गैर-विनाशकारी है और इसमें न्यूनतम नमूना तैयारी की आवश्यकता होती है। क्षेत्र में पोर्टेबल अवरक्त स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग किया जाता है।

इस तकनीक की कुछ सीमाएँ भी हैं। यह किसी अणु की संपूर्ण संरचना का निर्धारण नहीं कर सकती। इसका उपयोग नाभिकीय चुंबकीय अनुनाद और द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री जैसी अन्य विधियों के साथ करना सर्वोत्तम है। लेकिन कार्यात्मक समूहों की पहचान करने में यह तकनीक अद्वितीय है।