光谱学研究物质与电磁辐射的相互作用。当光照射到物质上时，会发生吸收、发射或散射。吸收或发射的模式揭示了物质的结构和组成。每种分子都有其独特的光谱特征。光谱学是化学、物理学和天文学中最强大的工具之一。

光谱技术有多种形式。红外光谱法测量分子振动并识别官能团。紫外-可见光谱法测量电子跃迁，用于定量分析浓度。核磁共振波谱法测量核自旋跃迁并确定分子结构。质谱法严格来说并非光谱学，但常被归为光谱学一类。X射线光谱法测量内层电子跃迁。每种方法都利用电磁波谱的不同波段。

光谱学用于识别未知物质、量化浓度、研究反应动力学和确定分子结构。它在天文学中用于确定恒星和星系的组成。它在医学中用于诊断疾病。它在环境监测中用于检测污染物。它在法医学中用于分析证据。

这些仪器的复杂程度各不相同。简单的分光光度计测量的是单一波长下的吸光度。核磁共振波谱仪则利用超导磁体和无线电波。配备光谱仪的望远镜可以测量遥远恒星的光谱。它们的共同原理是光与物质的相互作用。