Spektroskopi er studiet av lysspektre. Når lys passerer gjennom et prisme eller et diffraksjonsgitter, sprer det seg i sine komponentbølgelengder. Det resulterende spekteret inneholder mørke linjer kalt absorpsjonslinjer eller lyse linjer kalt emisjonslinjer. Hvert element produserer et unikt mønster av linjer. Ved å lese disse mønstrene kan astronomer bestemme hva en stjerne, galakse eller planet er laget av.

Teknikken ble utviklet på 1800-tallet av Gustav Kirchhoff og Robert Bunsen, som viste at hvert grunnstoff har et karakteristisk spektralfingeravtrykk. Astronomer anvendte det raskt på solen, og oppdaget helium før det ble funnet på jorden. Siden den gang har spektroskopi blitt det viktigste verktøyet innen astronomi.

Spektroskopi avslører mer enn bare sammensetning. Forskyvningen av spektrallinjer avslører bevegelse. Utvidelsen av linjer avslører temperatur og trykk. Delingen av linjer avslører magnetfelt. Formen på kontinuumet avslører tilstedeværelsen av støv. Nesten alt astronomer vet om de fysiske egenskapene til himmellegemer kommer fra spektroskopi.

Moderne spektrografer er utrolig følsomme. De kan oppdage planeter ved å måle en stjernes vingling. De kan måle universets utvidelse. De kan søke etter biosignaturer i eksoplanetatmosfærer. Spekteret er en kosmisk strekkode, og astronomer har lært å lese den.