Moleculen trillen. Hun bindingen rekken, buigen en draaien met specifieke frequenties. Wanneer infrarood licht een molecuul raakt, wordt het geabsorbeerd als de frequentie overeenkomt met de trilling. Het resultaat is een infraroodspectrum, een grafiek van de geabsorbeerde frequenties. Elke functionele groep absorbeert bij karakteristieke frequenties, waardoor infraroodspectroscopie een krachtig hulpmiddel is voor het identificeren van chemische groepen.

De techniek werkt door infrarood licht door een monster te leiden en te meten hoeveel er bij elke golflengte wordt geabsorbeerd. Het resulterende spectrum vertoont pieken bij specifieke golfgetallen, meestal tussen 4000 en 400 cm⁻¹. Een brede piek rond 3300 cm⁻¹ duidt op een OH- of NH-binding. Een scherpe piek rond 1700 cm⁻¹ duidt op een C=O-binding. Een piek rond 2200 cm⁻¹ duidt op een C≡N- of C≡C-binding. Het karakteristieke gebied onder 1500 cm⁻¹ is complex, maar uniek voor elk molecuul.

Infraroodspectroscopie wordt in de organische chemie gebruikt om functionele groepen te identificeren, in de forensische wetenschap om bewijsmateriaal te analyseren, in de farmaceutische kwaliteitscontrole om de identiteit van geneesmiddelen te verifiëren en in milieumonitoring om verontreinigende stoffen op te sporen. Het is een snelle, niet-destructieve methode die minimale monstervoorbereiding vereist. Draagbare infraroodspectrometers worden in het veld gebruikt.

De techniek kent wel beperkingen. Het kan niet de volledige structuur van een molecuul bepalen. Het wordt het best gebruikt in combinatie met andere methoden, zoals kernmagnetische resonantie en massaspectrometrie. Maar voor het identificeren van functionele groepen is het ongeëvenaard.