Spektroskopi studerer hvordan materie samhandler med elektromagnetisk stråling. Når lys treffer et stoff, kan det absorberes, sendes ut eller spres. Absorpsjons- eller emisjonsmønsteret avslører stoffets struktur og sammensetning. Hvert molekyl har et unikt spektral fingeravtrykk. Spektroskopi er et av de kraftigste verktøyene innen kjemi, fysikk og astronomi.

Teknikken finnes i mange former. Infrarødspektroskopi måler molekylære vibrasjoner og identifiserer funksjonelle grupper. Ultrafiolett-synlig spektroskopi måler elektroniske overganger og brukes til å kvantifisere konsentrasjoner. Kjernemagnetisk resonansspektroskopi måler kjernespinnoverganger og bestemmer molekylstruktur. Massespektrometri er ikke strengt tatt spektroskopi, men den grupperes ofte sammen med den. Røntgenspektroskopi måler elektroniske overganger i indre skall. Hver form bruker en annen del av det elektromagnetiske spekteret.

Spektroskopi brukes til å identifisere ukjente stoffer, kvantifisere konsentrasjoner, studere reaksjonskinetikk og bestemme molekylstruktur. Det brukes i astronomi for å bestemme sammensetningen av stjerner og galakser. Det brukes i medisin for å diagnostisere sykdom. Det brukes i miljøovervåking for å oppdage forurensende stoffer. Det brukes i rettsmedisin for å analysere bevis.

Instrumentene varierer i kompleksitet. Et enkelt spektrofotometer måler absorbans ved én bølgelengde. Et NMR-spektrometer bruker superledende magneter og radiobølger. Et teleskop med en spektrograf måler spektrene til fjerne stjerner. Det vanlige prinsippet er lysets vekselvirkning med materie.