Moleküller titreşir. Bağları belirli frekanslarda gerilir, bükülür ve kıvrılır. Kızılötesi ışık bir moleküle çarptığında, frekansı titreşimle eşleşirse emilir. Sonuç, emilen frekansların grafiği olan bir kızılötesi spektrumdur. Her fonksiyonel grup karakteristik frekanslarda emilim yapar; bu da kızılötesi spektroskopisini kimyasal grupları tanımlamak için güçlü bir araç haline getirir.

Bu teknik, kızılötesi ışığı bir numuneden geçirerek ve her dalga boyunda ne kadar emildiğini ölçerek çalışır. Elde edilen spektrum, genellikle 4000 ile 400 cm⁻¹ arasında belirli dalga sayılarında tepe noktaları gösterir. 3300 cm⁻¹ civarındaki geniş bir tepe noktası, bir OH veya NH bağını gösterir. 1700 cm⁻¹ civarındaki keskin bir tepe noktası, bir C=O bağını gösterir. 2200 cm⁻¹ civarındaki bir tepe noktası, bir C≡N veya C≡C bağını gösterir. 1500 cm⁻¹'in altındaki parmak izi bölgesi karmaşıktır ancak her moleküle özgüdür.

Kızılötesi spektroskopisi, organik kimyada fonksiyonel grupları tanımlamak, adli bilimlerde delilleri analiz etmek, ilaç kalite kontrolünde ilaç kimliğini doğrulamak ve çevresel izlemede kirleticileri tespit etmek için kullanılır. Hızlı, tahribatsız ve minimum numune hazırlığı gerektirir. Saha çalışmalarında taşınabilir kızılötesi spektrometreler kullanılır.

Bu tekniğin de sınırlamaları vardır. Bir molekülün tam yapısını belirleyemez. Nükleer manyetik rezonans ve kütle spektrometrisi gibi diğer yöntemlerle birlikte kullanılması en iyisidir. Ancak fonksiyonel grupları tanımlama konusunda rakipsizdir.