Quang phổ học là ngành nghiên cứu quang phổ ánh sáng. Khi ánh sáng đi qua lăng kính hoặc cách tử nhiễu xạ, nó sẽ phân tách thành các bước sóng cấu thành. Quang phổ thu được chứa các vạch tối gọi là vạch hấp thụ hoặc các vạch sáng gọi là vạch phát xạ. Mỗi nguyên tố tạo ra một mô hình vạch độc đáo. Bằng cách đọc các mô hình đó, các nhà thiên văn học có thể xác định thành phần cấu tạo của một ngôi sao, thiên hà hoặc hành tinh.

Kỹ thuật này được phát triển vào thế kỷ 19 bởi Gustav Kirchhoff và Robert Bunsen, những người đã chứng minh rằng mỗi nguyên tố đều có một dấu vân tay quang phổ đặc trưng. Các nhà thiên văn học nhanh chóng áp dụng nó vào Mặt Trời, phát hiện ra heli trước khi nó được tìm thấy trên Trái Đất. Kể từ đó, quang phổ học đã trở thành công cụ quan trọng nhất trong thiên văn học.

Quang phổ học tiết lộ nhiều hơn cả thành phần cấu tạo. Sự dịch chuyển của các vạch quang phổ cho thấy chuyển động. Sự mở rộng của các vạch cho thấy nhiệt độ và áp suất. Sự tách vạch cho thấy từ trường. Hình dạng của phổ liên tục cho thấy sự hiện diện của bụi. Hầu như mọi thứ mà các nhà thiên văn học biết về các đặc tính vật lý của các vật thể thiên thể đều đến từ quang phổ học.

Các máy quang phổ hiện đại cực kỳ nhạy. Chúng có thể phát hiện các hành tinh bằng cách đo độ lắc lư của ngôi sao. Chúng có thể đo sự giãn nở của vũ trụ. Chúng có thể tìm kiếm các dấu hiệu sinh học trong khí quyển của các hành tinh ngoài hệ mặt trời. Quang phổ là một mã vạch vũ trụ, và các nhà thiên văn học đã học cách đọc nó.