分子會振動。它們的化學鍵會以特定的頻率伸展、彎曲和扭轉。當紅外光照射到分子上時，如果其頻率與分子的振動頻率相匹配，就會被吸收。由此得到紅外光譜，即吸收頻率的曲線圖。每個官能基都有其特徵吸收頻率，這使得紅外光譜成為識別化學基團的強大工具。

該技術的工作原理是讓紅外光穿過樣品，並測量每個波長下的吸收量。所得光譜在特定波數處顯示峰值，通常在 4000 至 400 cm⁻¹ 之間。 3300 cm⁻¹ 附近的寬峰表示存在 OH 或 NH 鍵。 1700 cm⁻¹ 附近的尖峰表示存在 C=O 鍵。 2200 cm⁻¹ 附近的峰值表示存在 C≡N 或 C≡C 鍵。 1500 cm⁻¹ 以下的特徵峰區域較為複雜，但每個分子的特徵峰各不相同。

紅外線光譜法廣泛應用於有機化學中用於鑑定官能基，在法醫學中用於分析證據，在藥物品質控制中用於驗證藥物成分，以及在環境監測中用於檢測污染物。它具有快速、無損且樣品前處理步驟極少的優點。便攜式紅外光譜儀常用於現場應用。

這項技術並非完美無缺。它無法確定分子的完整結構。最好將其與其他方法結合使用，例如核磁共振和質譜分析。但在鑑定官能基方面，它無可匹敵。