Moleculele vibrează. Legăturile lor se întind, se îndoaie și se răsucesc la frecvențe specifice. Când lumina infraroșie atinge o moleculă, aceasta este absorbită dacă frecvența sa corespunde vibrației. Rezultatul este un spectru infraroșu, un grafic al frecvențelor absorbite. Fiecare grup funcțional absoarbe la frecvențe caracteristice, ceea ce face ca spectroscopia în infraroșu să fie un instrument puternic pentru identificarea grupurilor chimice.

Tehnica funcționează prin trecerea luminii infraroșii printr-o probă și măsurarea cantității de lumină absorbită la fiecare lungime de undă. Spectrul rezultat prezintă vârfuri la numere de undă specifice, de obicei între 4000 și 400 cm^-1. Un vârf larg în jurul valorii de 3300 cm^-1 indică o legătură OH sau NH. Un vârf ascuțit în jurul valorii de 1700 cm^-1 indică o legătură C=O. Un vârf în jurul valorii de 2200 cm^-1 indică o legătură C≡N sau C≡C. Regiunea amprentei sub 1500 cm^-1 este complexă, dar unică pentru fiecare moleculă.

Spectroscopia în infraroșu este utilizată în chimia organică pentru identificarea grupurilor funcționale, în știința criminalistică pentru analiza dovezilor, în controlul calității farmaceutice pentru verificarea identității medicamentelor și în monitorizarea mediului pentru detectarea poluanților. Este rapidă, nedistructivă și necesită o pregătire minimă a probei. Spectrometrele portabile în infraroșu sunt utilizate pe teren.

Tehnica nu este lipsită de limitări. Nu poate determina structura completă a unei molecule. Cel mai bine este utilizată alături de alte metode, cum ar fi rezonanța magnetică nucleară și spectrometria de masă. Dar pentru identificarea grupurilor funcționale, este de neegalat.