Spectroscopia este studiul spectrelor luminii. Când lumina trece printr-o prismă sau o rețea de difracție, aceasta se răspândește în lungimile de undă componente. Spectrul rezultat conține linii întunecate numite linii de absorbție sau linii luminoase numite linii de emisie. Fiecare element produce un model unic de linii. Citind aceste modele, astronomii pot determina din ce este alcătuită o stea, o galaxie sau o planetă.

Tehnica a fost dezvoltată în secolul al XIX-lea de Gustav Kirchhoff și Robert Bunsen, care au arătat că fiecare element are o amprentă spectrală caracteristică. Astronomii au aplicat-o rapid la Soare, descoperind heliul înainte ca acesta să fie găsit pe Pământ. De atunci, spectroscopia a devenit cel mai important instrument în astronomie.

Spectroscopia dezvăluie mai mult decât compoziția. Deplasarea liniilor spectrale dezvăluie mișcare. Lățirea liniilor dezvăluie temperatura și presiunea. Separarea liniilor dezvăluie câmpuri magnetice. Forma continuumului dezvăluie prezența prafului. Aproape tot ce știu astronomii despre proprietățile fizice ale obiectelor cerești provine din spectroscopie.

Spectrografele moderne sunt incredibil de sensibile. Pot detecta planete măsurând oscilația unei stele. Pot măsura expansiunea universului. Pot căuta biosemnături în atmosferele exoplanetelor. Spectrul este un cod de bare cosmic, iar astronomii au învățat să-l citească.