红外吸收光谱主要应用于4000-400[公式]的中红外区，一般表现为分子的振动光谱。红外吸收的基本原理是分子在振动或转动时，如果入射光的频率与分子的固有振动频率相匹配，分子将产生红外吸收光谱。转动跃迁发生在远红外区，而气体的转动光谱为不连续的谱线，液体或固体的转动光谱为连续光谱。振动-转动光谱波长范围一般为0.75-15\textmu m。

分子的振动可以分为两类：伸缩振动（stretching vibration）和弯曲振动（bending vibration）。伸缩振动可分为对称和反对称两种，而弯曲振动可分为面内和面外两种。由Hooke定律可知简谐振动回复力[公式]为，而由于势能[公式]满足，所以[公式] 。对其进行量子化修正可得[公式] ，其中[公式] 。联立Newton第二定律与Hooke定律可得[公式] 。解微分方程可得[公式] ，用约化质量[公式]代替[公式]即可推导出[公式] 。也可以用波数表示为[公式] 。一般可将多原子分子的振动分解为多个简正振动。简正振动是指分子质心保持不变，整体不转动，各原子均在其平衡位置附近做简谐振动，并且振动频率与相位也相同的分子振动。 对一个具有[公式]个原子的分子，其振动自由度如下表所示。

通常，反对称伸缩振动的吸收强度比对称伸缩振动的吸收强度大，而伸缩振动的吸收强度又比变形振动大。实际上，能够观测到的红外峰数量一般比简正振动数少一些，其原因为振动耦合（vibrational coupling）。如果两个发生振动的基团具有相近的能量，并且在分子中相互连接，那么他们之间就有可能发生相互作用，产生混合的振动频率。这种现象被称为振动耦合。化合物基团频率及特征吸收峰基频峰和吸收峰，基频峰指的是分子从振动能级基态跃迁到振动能级第一激发态所产生的吸收峰。通常一个基频峰对应一种简正振动模式。红外吸收峰并非只有基频峰，还包括泛频峰和合频峰等。因此，红外吸收峰总个数多于基频峰个数。氢伸展区：3700-2700[公式] 的强吸收峰通常是来自氢的伸缩振动。三键区:2700-1850[公式] 的-NC和-NCN的吸收峰。双键区：1950-1550[公式] 的酮、醛、酸、酰胺和酯、酸酐的吸收峰。低取代芳香化合物则在1600[公式]，1590[公式]，1500[公式]，和1460[公式] 有四个峰。指纹区：1300-600[公式] 的醚和酯的C-O-C结构伸缩振动和C-Cl的伸缩振动。

电子效应、氢键效应、振动耦合效应和溶剂效应会影响基团频率。电子效应中，电负性越强，诱导效应越强，吸收峰越向高波数移动。能形成共轭体系的化合物，由于电子密度平均化，其双键变弱，吸收峰向低波数移动。氢键的形成能使X-H伸缩振动频率降低，吸收峰向低波数移动。同时分子内氢键与浓度无关，而分子间氢键吸收强度随浓度变大而变大。振动耦合效应中，当两个振动频率相近的基团相邻，并有一公共原子时，其振动频率一个向高频（高波数）移动，一个向低频（低波数）移动。溶剂效应中，在极性溶剂中，极性基团的伸缩振动频率随溶剂频率的增大蓝移，强度增大。而在非极性溶剂中，化合物特征频率变化不大。

红外光谱仪器中的红外光谱的主要部件包括光源、单色器、双光束红外分光光度计和Fourier变换红外干涉仪。光源常见为惰性固体，用电加热至1500-2000K，产生类似黑体辐射的连续辐射。光源的种类有Nernst灯和硅碳棒。单色器常用材料有石英、NaCl、CaF[公式]、KBr等。双光束红外分光光度计在参比池和试样池之后有切光器。Fourier变换红外干涉仪由光源、Michelson（迈克尔逊）干涉仪、检测器、计算机组成。吸收池采用可透过红外光的NaCl、CaF[公式]、KBr、KRS-5等材料制成窗片。检测器要求热容低、热灵敏度高、检测范围宽以及响应时间短，主要有真空热电偶、热释电检测器与碲镉汞检测器。

Raman光谱简介中的Raman光谱原理涉及光的散射，Rayleigh散射只改变方向，不改变能量，而Raman散射改变能量和方向。Stokes线与反Stokes线之间的频率差[公式]被称为Raman位移。Raman活性取决于分子振动时极化率是否改变，与入射光电场[公式]引起的诱导偶极矩[公式]有关。Raman光谱所用光源为激光，而激光为偏振光。退偏比[公式]即为[公式] 。