Spectroscopie bestudeert hoe materie reageert op elektromagnetische straling. Wanneer licht een stof raakt, kan het worden geabsorbeerd, uitgezonden of verstrooid. Het absorptie- of emissiepatroon onthult de structuur en samenstelling van de stof. Elk molecuul heeft een unieke spectrale vingerafdruk. Spectroscopie is een van de krachtigste instrumenten in de chemie, natuurkunde en astronomie.

De techniek kent vele vormen. Infraroodspectroscopie meet moleculaire vibraties en identificeert functionele groepen. Ultraviolet-zichtbare spectroscopie meet elektronische overgangen en wordt gebruikt om concentraties te kwantificeren. Kernmagnetische resonantiespectroscopie meet nucleaire spinovergangen en bepaalt de moleculaire structuur. Massaspectrometrie is strikt genomen geen spectroscopie, maar wordt er vaak wel toe gerekend. Röntgenspectroscopie meet elektronische overgangen in binnenschillen. Elke vorm maakt gebruik van een ander deel van het elektromagnetische spectrum.

Spectroscopie wordt gebruikt om onbekende stoffen te identificeren, concentraties te kwantificeren, reactiekinetiek te bestuderen en de moleculaire structuur te bepalen. In de astronomie wordt het gebruikt om de samenstelling van sterren en sterrenstelsels te bepalen. In de geneeskunde wordt het gebruikt om ziekten te diagnosticeren. Bij milieumonitoring wordt het gebruikt om verontreinigende stoffen op te sporen. In de forensische wetenschap wordt het gebruikt om bewijsmateriaal te analyseren.

De instrumenten verschillen in complexiteit. Een eenvoudige spectrofotometer meet de absorptie bij één golflengte. Een NMR-spectrometer gebruikt supergeleidende magneten en radiogolven. Een telescoop met een spectrograaf meet de spectra van verre sterren. Het gemeenschappelijke principe is de wisselwerking van licht met materie.