分子は振動する。その結合は特定の周波数で伸びたり、曲がったり、ねじれたりする。赤外線が分子に当たると、その周波数が振動周波数と一致する場合、光は吸収される。その結果、吸収された周波数をプロットした赤外線スペクトルが得られる。各官能基はそれぞれ固有の周波数で光を吸収するため、赤外分光法は化学基を識別するための強力なツールとなる。

この手法は、試料に赤外線を照射し、各波長でどれだけ吸収されるかを測定することによって機能します。得られたスペクトルは、通常4000～400 cm⁻¹の特定の波数にピークを示します。3300 cm⁻¹付近の幅広いピークはOHまたはNH結合を示します。1700 cm⁻¹付近の鋭いピークはC=O結合を示します。2200 cm⁻¹付近のピークはC≡NまたはC≡C結合を示します。1500 cm⁻¹以下の指紋領域は複雑ですが、各分子に固有のものです。

赤外分光法は、有機化学では官能基の同定、法医学では証拠の分析、医薬品の品質管理では医薬品の同一性の確認、環境モニタリングでは汚染物質の検出などに用いられています。迅速で非破壊的であり、試料の前処理も最小限で済みます。携帯型の赤外分光計は現場で使用されます。

この技術には限界がないわけではない。分子の完全な構造を決定することはできない。核磁気共鳴法や質量分析法などの他の手法と併用するのが最適である。しかし、官能基の同定に関しては、他に類を見ないほど優れている。