A molekulák rezegnek. Kötéseik meghatározott frekvenciákon nyúlnak, hajlanak és csavarodnak. Amikor infravörös fény ér egy molekulát, az elnyelődik, ha a frekvenciája megegyezik a rezgéssel. Az eredmény egy infravörös spektrum, az elnyelt frekvenciák diagramja. Minden funkciós csoport jellemző frekvenciákon nyel el, így az infravörös spektroszkópia hatékony eszköz a kémiai csoportok azonosítására.

A technika úgy működik, hogy infravörös fényt vezetnek át a mintán, és megmérik, hogy az egyes hullámhosszakon mennyi fény nyelődik el. A kapott spektrum csúcsokat mutat meghatározott hullámszámoknál, általában 4000 és 400 cm^-1 között. Egy széles csúcs 3300 cm^-1 körül OH vagy NH kötést jelez. Egy éles csúcs 1700 cm^-1 körül C=O kötést jelez. Egy csúcs 2200 cm^-1 körül C≡N vagy C≡C kötést jelez. Az 1500 cm^-1 alatti ujjlenyomat-tartomány összetett, de minden molekulára egyedi.

Az infravörös spektroszkópiát a szerves kémiában használják funkciós csoportok azonosítására, a kriminalisztikában a bizonyítékok elemzésére, a gyógyszerészeti minőségellenőrzésben a gyógyszerek azonosságának igazolására, valamint a környezeti monitorozásban a szennyező anyagok kimutatására. Gyors, roncsolásmentes és minimális minta-előkészítést igényel. A hordozható infravörös spektrométereket a terepen használják.

A technika nem korlátlan. Nem képes meghatározni egy molekula teljes szerkezetét. Legjobb más módszerekkel, például a mágneses magrezonanciával és a tömegspektrometriával együtt alkalmazni. A funkciós csoportok azonosításában azonban páratlan.