Các phân tử rung động. Các liên kết của chúng giãn ra, uốn cong và xoắn lại ở các tần số cụ thể. Khi ánh sáng hồng ngoại chiếu vào một phân tử, nó sẽ được hấp thụ nếu tần số của nó trùng khớp với tần số rung động. Kết quả là một phổ hồng ngoại, một đồ thị biểu diễn các tần số bị hấp thụ. Mỗi nhóm chức hấp thụ ở các tần số đặc trưng, ​​​​làm cho quang phổ hồng ngoại trở thành một công cụ mạnh mẽ để xác định các nhóm hóa học.

Kỹ thuật này hoạt động bằng cách chiếu ánh sáng hồng ngoại qua mẫu và đo lượng ánh sáng bị hấp thụ ở mỗi bước sóng. Phổ thu được cho thấy các đỉnh tại các số sóng cụ thể, thường nằm trong khoảng từ 4000 đến 400 cm⁻¹. Một đỉnh rộng khoảng 3300 cm⁻¹ cho thấy liên kết OH hoặc NH. Một đỉnh nhọn khoảng 1700 cm⁻¹ cho thấy liên kết C=O. Một đỉnh khoảng 2200 cm⁻¹ cho thấy liên kết C≡N hoặc C≡C. Vùng đặc trưng dưới 1500 cm⁻¹ rất phức tạp nhưng độc nhất đối với mỗi phân tử.

Quang phổ hồng ngoại được sử dụng trong hóa học hữu cơ để xác định các nhóm chức, trong khoa học pháp y để phân tích bằng chứng, trong kiểm soát chất lượng dược phẩm để xác minh danh tính thuốc và trong giám sát môi trường để phát hiện chất gây ô nhiễm. Phương pháp này nhanh, không phá hủy mẫu và yêu cầu chuẩn bị mẫu tối thiểu. Máy quang phổ hồng ngoại cầm tay được sử dụng rộng rãi trong thực địa.

Kỹ thuật này không phải là không có hạn chế. Nó không thể xác định cấu trúc hoàn chỉnh của một phân tử. Tốt nhất nên sử dụng nó kết hợp với các phương pháp khác, như cộng hưởng từ hạt nhân và phổ khối lượng. Nhưng để xác định các nhóm chức, nó là vô song.