Molekyler vibrerar. Deras bindningar sträcks, böjs och vrids vid specifika frekvenser. När infrarött ljus träffar en molekyl absorberas den om dess frekvens matchar vibrationen. Resultatet är ett infrarött spektrum, ett diagram över absorberade frekvenser. Varje funktionell grupp absorberar vid karakteristiska frekvenser, vilket gör infrarödspektroskopi till ett kraftfullt verktyg för att identifiera kemiska grupper.

Tekniken fungerar genom att infrarött ljus passerar genom ett prov och mäter hur mycket som absorberas vid varje våglängd. Det resulterande spektrumet visar toppar vid specifika vågtal, vanligtvis mellan 4000 och 400 cm⁻¹. En bred topp runt 3300 cm⁻¹ indikerar en OH- eller NH-bindning. En skarp topp runt 1700 cm⁻¹ indikerar en C=O-bindning. En topp runt 2200 cm⁻¹ indikerar en C≡N- eller C≡C-bindning. Fingeravtrycksregionen under 1500 cm⁻¹ är komplex men unik för varje molekyl.

Infrarödspektroskopi används inom organisk kemi för att identifiera funktionella grupper, inom forensisk vetenskap för att analysera bevis, inom farmaceutisk kvalitetskontroll för att verifiera läkemedelsidentitet och inom miljöövervakning för att detektera föroreningar. Det är snabbt, icke-destruktivt och kräver minimal provberedning. Bärbara infraröda spektrometrar används i fält.

Tekniken är inte utan begränsningar. Den kan inte bestämma en molekyls fullständiga struktur. Den används bäst tillsammans med andra metoder, som kärnmagnetisk resonans och masspektrometri. Men för att identifiera funktionella grupper är den oöverträffad.