光谱学是电磁辐射与物质之间相互作用的研究。它是分析化学中最强大的工具之一，提供几乎所有样品类型的分子结构、电子配置和元素组成的信息。 电磁频谱涵盖从高能伽马射线 (λ < 10 pm) 到 X 射线、紫外线 (UV)、可见光 (Vis)、红外线 (IR)、微波，直至低能无线电波 (λ > 1 m)。每个区域探测不同的分子或原子跃迁。

当辐射与物质相互作用时，会发生三种主要现象：吸收（分子吸收光子能量并跃迁到激发态）、发射（激发态物质通过释放光子而弛豫）和散射（辐射在有或没有能量变化的情况下发生偏转，分别是瑞利和拉曼散射）。吸收光谱法应用最广泛，吸收与浓度之间的关系受比尔-朗伯定律控制：A = εbc，其中A是吸光度，ε是摩尔吸光率，b是光程长度，c是浓度。

分子光谱涉及分子内量化能级之间的跃迁，电子能级（紫外-可见光）、振动能级（红外、拉曼）和旋转能级（微波）。 原子光谱涉及自由原子中电子的跃迁，通常需要在高温（火焰、熔炉或等离子体）下原子化以破坏分子键。原子吸收 (AAS)、原子发射（AES、ICP-OES）和原子荧光 (AFS) 是主要的原子技术。

所有光谱仪器共享通用组件：辐射源（连续谱或线源）、隔离分析波长的波长选择器（单色仪或滤光片）、样品架（比色皿、火焰或等离子体）以及将光强度转换为电信号的检测器（光电倍增管、光电二极管或电荷耦合器件）。 信噪比 (SNR) 决定了最小的可检测信号，并且可以通过信号平均、调制和锁定放大来改进。现代仪器通常结合自动进样器、计算机控制的数据采集和用于光谱解卷积的先进化学计量软件。