Molekyler vibrerer. Bindingene deres strekker seg, bøyer seg og vrir seg ved bestemte frekvenser. Når infrarødt lys treffer et molekyl, absorberes det hvis frekvensen samsvarer med vibrasjonen. Resultatet er et infrarødt spektrum, et plott av absorberte frekvenser. Hver funksjonell gruppe absorberer ved karakteristiske frekvenser, noe som gjør infrarødspektroskopi til et kraftig verktøy for å identifisere kjemiske grupper.

Teknikken fungerer ved å sende infrarødt lys gjennom en prøve og måle hvor mye som absorberes ved hver bølgelengde. Det resulterende spekteret viser topper ved spesifikke bølgetall, vanligvis mellom 4000 og 400 cm⁻¹. En bred topp rundt 3300 cm⁻¹ indikerer en OH- eller NH-binding. En skarp topp rundt 1700 cm⁻¹ indikerer en C=O-binding. En topp rundt 2200 cm⁻¹ indikerer en C≡N- eller C≡C-binding. Fingeravtrykksområdet under 1500 cm⁻¹ er komplekst, men unikt for hvert molekyl.

Infrarødspektroskopi brukes i organisk kjemi for å identifisere funksjonelle grupper, i rettsmedisin for å analysere bevis, i farmasøytisk kvalitetskontroll for å verifisere legemiddelidentitet og i miljøovervåking for å oppdage forurensende stoffer. Det er raskt, ikke-destruktivt og krever minimal prøveforberedelse. Bærbare infrarøde spektrometre brukes i felten.

Teknikken er ikke uten begrensninger. Den kan ikke bestemme hele strukturen til et molekyl. Den brukes best sammen med andre metoder, som kjernemagnetisk resonans og massespektrometri. Men for å identifisere funksjonelle grupper er den uovertruffen.