Molekul bergetar. Ikatan-ikatannya meregang, membengkok, dan berputar pada frekuensi tertentu. Ketika cahaya inframerah mengenai molekul, cahaya tersebut akan diserap jika frekuensinya sesuai dengan getaran. Hasilnya adalah spektrum inframerah, yaitu grafik frekuensi yang diserap. Setiap gugus fungsional menyerap pada frekuensi karakteristik, menjadikan spektroskopi inframerah sebagai alat yang ampuh untuk mengidentifikasi gugus kimia.

Teknik ini bekerja dengan melewatkan cahaya inframerah melalui sampel dan mengukur seberapa banyak yang diserap pada setiap panjang gelombang. Spektrum yang dihasilkan menunjukkan puncak pada bilangan gelombang tertentu, biasanya antara 4000 dan 400 cm^-1. Puncak lebar sekitar 3300 cm^-1 menunjukkan ikatan OH atau NH. Puncak tajam sekitar 1700 cm^-1 menunjukkan ikatan C=O. Puncak sekitar 2200 cm^-1 menunjukkan ikatan C≡N atau C≡C. Daerah sidik jari di bawah 1500 cm^-1 kompleks tetapi unik untuk setiap molekul.

Spektroskopi inframerah digunakan dalam kimia organik untuk mengidentifikasi gugus fungsi, dalam ilmu forensik untuk menganalisis bukti, dalam pengendalian mutu farmasi untuk memverifikasi identitas obat, dan dalam pemantauan lingkungan untuk mendeteksi polutan. Metode ini cepat, tidak merusak, dan hanya membutuhkan persiapan sampel minimal. Spektrometer inframerah portabel digunakan di lapangan.

Teknik ini bukannya tanpa keterbatasan. Teknik ini tidak dapat menentukan struktur lengkap suatu molekul. Teknik ini paling baik digunakan bersamaan dengan metode lain, seperti resonansi magnetik nuklir dan spektrometri massa. Namun untuk mengidentifikasi gugus fungsional, teknik ini tak tertandingi.