As moléculas vibram. As suas ligações esticam, dobram e torcem em frequências específicas. Quando a luz infravermelha incide sobre uma molécula, é absorvida se a sua frequência corresponder à vibração. O resultado é um espectro infravermelho, um gráfico das frequências absorvidas. Cada grupo funcional absorve a frequências características, fazendo da espectroscopia de infravermelhos uma ferramenta poderosa para identificar grupos químicos.

A técnica funciona fazendo passar luz infravermelha através de uma amostra e medindo a quantidade absorvida em cada comprimento de onda. O espectro resultante apresenta picos em números de onda específicos, geralmente entre 4000 e 400 cm⁻¹. Um pico largo a cerca de 3300 cm⁻¹ indica uma ligação OH ou NH. Um pico estreito em torno dos 1700 cm⁻¹ indica uma ligação C=O. Um pico em torno dos 2200 cm⁻¹ indica uma ligação C≡N ou C≡C. A região de impressões digitais abaixo dos 1500 cm⁻¹ é complexa, mas única para cada molécula.

A espectroscopia de infravermelhos é utilizada em química orgânica para identificar grupos funcionais, em ciência forense para analisar evidências, no controlo de qualidade farmacêutica para verificar a identidade de medicamentos e na monitorização ambiental para detetar poluentes. É um método rápido, não destrutivo e que requer uma preparação mínima da amostra. Os espectros infravermelhos portáteis são utilizados em campo.

A técnica não está isenta de limitações. Ela não consegue determinar a estrutura completa de uma molécula. A sua utilização é mais eficaz quando combinada com outros métodos, como a ressonância magnética nuclear e a espectrometria de massa. No entanto, para a identificação de grupos funcionais, é incomparável.