Spektroskopia bada interakcje materii z promieniowaniem elektromagnetycznym. Światło padające na substancję może zostać pochłonięte, wyemitowane lub rozproszone. Wzór absorpcji lub emisji ujawnia strukturę i skład substancji. Każda cząsteczka ma unikalny odcisk widmowy. Spektroskopia jest jednym z najpotężniejszych narzędzi w chemii, fizyce i astronomii.

Technika ta występuje w wielu formach. Spektroskopia w podczerwieni mierzy drgania molekularne i identyfikuje grupy funkcyjne. Spektroskopia w zakresie ultrafioletu i światła widzialnego mierzy przejścia elektronowe i jest wykorzystywana do ilościowego określania stężeń. Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego mierzy przejścia spinowe jąder atomowych i określa strukturę molekularną. Spektrometria mas nie jest w ścisłym tego słowa znaczeniu spektroskopią, ale często jest z nią łączona. Spektroskopia rentgenowska mierzy przejścia elektronowe w powłokach wewnętrznych. Każda z form wykorzystuje inną część widma elektromagnetycznego.

Spektroskopia służy do identyfikacji nieznanych substancji, określania ich stężeń, badania kinetyki reakcji i określania struktury molekularnej. Jest wykorzystywana w astronomii do określania składu gwiazd i galaktyk. W medycynie do diagnozowania chorób. Jest wykorzystywana w monitoringu środowiska do wykrywania zanieczyszczeń. W kryminalistyce do analizy dowodów.

Instrumenty różnią się stopniem złożoności. Prosty spektrofotometr mierzy absorbancję przy jednej długości fali. Spektrometr NMR wykorzystuje magnesy nadprzewodzące i fale radiowe. Teleskop ze spektrografem mierzy widma odległych gwiazd. Wspólną zasadą jest interakcja światła z materią.