Quang phổ học nghiên cứu cách vật chất tương tác với bức xạ điện từ. Khi ánh sáng chiếu vào một chất, nó có thể bị hấp thụ, phát xạ hoặc tán xạ. Mô hình hấp thụ hoặc phát xạ cho thấy cấu trúc và thành phần của chất đó. Mỗi phân tử có một dấu vân tay quang phổ độc nhất. Quang phổ học là một trong những công cụ mạnh mẽ nhất trong hóa học, vật lý và thiên văn học.

Kỹ thuật này có nhiều dạng khác nhau. Quang phổ hồng ngoại đo các dao động phân tử và xác định các nhóm chức. Quang phổ tử ngoại-ánh sáng nhìn thấy đo các chuyển đổi điện tử và được sử dụng để định lượng nồng độ. Quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân đo các chuyển đổi spin hạt nhân và xác định cấu trúc phân tử. Quang phổ khối lượng không hoàn toàn là quang phổ, nhưng nó thường được xếp chung với quang phổ. Quang phổ tia X đo các chuyển đổi điện tử trong các lớp vỏ bên trong. Mỗi dạng sử dụng một phần khác nhau của phổ điện từ.

Quang phổ học được sử dụng để xác định các chất chưa biết, định lượng nồng độ, nghiên cứu động học phản ứng và xác định cấu trúc phân tử. Nó được sử dụng trong thiên văn học để xác định thành phần của các ngôi sao và thiên hà. Nó được sử dụng trong y học để chẩn đoán bệnh. Nó được sử dụng trong giám sát môi trường để phát hiện chất gây ô nhiễm. Nó được sử dụng trong pháp y để phân tích bằng chứng.

Các thiết bị này có độ phức tạp khác nhau. Một máy quang phổ đơn giản đo độ hấp thụ ở một bước sóng. Một máy quang phổ NMR sử dụng nam châm siêu dẫn và sóng radio. Một kính viễn vọng có máy quang phổ đo quang phổ của các ngôi sao xa xôi. Nguyên tắc chung là sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất.