Espektroskopia erradiazio elektromagnetikoaren (argiaren) eta materiaren arteko elkarrekintzaz arduratzen da. Fenomeno ohikoenak absortzioa eta emisioa dira, baina argiaren barreiapena ere gerta daiteke. Elkarrekintza horri buruzko informazio esperimentala espektroetan erregistratzen da. Espektroskopia mekanika kuantikoaren legeen ondorioa da. Espektroskopiaren aplikazio garrantzitsu bat da atomo eta molekulen energia-mailak eta molekulen egiturak aztertzea, eta baita analisi kimikoa ere. Hainbat teknika espektroskopiko daude horretarako; hona hemen teknika erabilienen deskribapena:

• Mikrouhin-espektroskopian, mikrouhin-erradiazioak molekulen errotazioko energia-mailen arteko trantsizioak sortzen ditu. Mikrouhin-espektrometro batean, mikrouhin-iturria (normalean klystron balbula) lagin gaseoso batean zehar pasatzen da, eta, hala, absortzio-espektroa lortzen da. Mikrouhin-espektroskopia tresna garrantzitsua da geometria molekularra determinatzeko. Espektroko lerroen frekuentzien balioetatik, molekularen inertzia-momentuak lor daitezke, eta horietatik, lotura-distantziak eta lotura-angeluak determinatzen dira.

• Infragorri-espektroskopia molekulen bibrazio-higiduraz arduratzen da. Bibrazio molekularren frekuentziak espektro elektromagnetikoaren infragorri-eremuan gertatzen dira, eta molekulek frekuentzia zehatzetan xurgatzen dute erradiazioa. Uhin-luzeren tarte interesgarriena 2,5 – 16 μm da. Infragorri-espektroskopian, ohikoa da uhin-luzeraren alderantzizkoa erabiltzea, eta aurreko tartea 4000 – 625 cm-1 bihurtzen da. Hona hemen bibrazio tipikoen zenbait adibide: alkanoen C-H tentsioa 2900 cm-1 inguruan gertatzen da; amino taldeen N-H tentsioa, 1600 cm-1 inguruan; eta alkoholen O-H tentsioa, 3000 cm-1 inguruan. Infragorri-espektroetatik, molekularen bibrazio-frekuentziak determinatzen dira, eta horiek lotura kimikoaren sendotasunari buruzko informazioa ematen dute. Horrez gainera, infragorri-espektroskopia oso tresna erabilia da analisi kimikorako. Molekula bakoitzak infragorri-espektro bereizgarria duenez, substantzia ezezagun bat bere infragorri-espektroaren bidez identifika daiteke. Substantzia askoren infragorri-espektroak ezagutzen dira, eta datu-baseetan gordeta daude.

• Raman espektroskopia Raman efektuan oinarritzen da. Espektroskopia honetan, lagina zeharkatzerakoan, fotoien frekuentzia eta norabidea aldatzen dira. Frekuentzia-aldaketa molekulen energia-mailen balioekiko proportzionala da, eta, hala, bibrazio- eta errotazio-mailei buruzko informazioa lor daiteke. Raman espektroskopian, laser baten erradiazio monokromatikoa igarotzen da substantzia jakin batean zehar, eta barreiatutako argia espektrometro batez analizatzen da. Raman espektro baten bidez, infragorri-espektroskopian lortzen den erako informazio molekularra eskura daiteke, eta bi teknikak osagarriak dira.

• Ikusgai-ultramoreko espektroskopian, molekulek erradiazio ikusgaia edo ultramorea xurgatzen dute, eta oinarrizko egoera elektronikotik egoera elektroniko kitzikatu batera pasatzen dira. Molekulak jasaten duen energia-aldaketa elektroien energia-aldaketatik dator, hots, elektroiak orbital batetik beste batera pasatzen direnean gertatzen den energia-aldaketatik. Horregatik, teknika honi espektroskopia elektroniko ere baderitzo. Molekulen espektro elektronikoetatik, lotura-distantziak eta bibrazio-frekuentziak determina daitezke, ez bakarrik oinarrizko egoerenak, baita egoera kitzikatuenak ere. Molekulen egoera elektroniko kitzikatuetan elektroi batek orbital molekular antilotzaile bat bete dezakeenez, molekularen geometria eta lotura-indarra nabarmen alda daiteke oinarrizko egoerarekin alderatuta. Ikusgai-ultramoreko beste aplikazio bat analisi kuantitatiboa da, eta substantzia-nahaste bateko osagai bakoitzaren kontzentrazioa determina daiteke. Espektroskopia elektronikoaren aldaera bat espektroskopia fotoelektronikoa da.

• Erresonantzia magnetiko nuklearraren espektroskopian, molekulen nukleoek irrati-frekuentziako erradiazio elektromagnetikoa xurga dezakete. Fenomenoa gertatzeko, nukleoaren spinak zeroren desberdina izan behar du. Adibidez, H-en nukleoen spina ½ da, eta C-en nukleoena zero da. Nukleo bat kanpoko eremu magnetiko baten eraginpean kokatzen bada, nukleoaren spinak orientazio jakinak hartuko ditu, mekanika kuantikoaren arauak errespetatuz, eta orientazio bakoitzari energia-balio jakin bat dagokio. Energia hori karakteristikoa da orientazio bakoitzerako, gainerako orientazioetatik bereizten dituena. Gainera, spinaren energia-mailak nukleoaren inguruko dentsitate elektronikoaren menpekoak dira. Baldintza horietan, irrati-frekuentziako erradiazio elektromagnetikoak nukleoari erasotzen badio, horrek fotoi bat xurga dezake, eta, hala, spin nuklearraren energia-maila batetik beste batera igaroko da. Erresonantzia magnetiko nuklearraren espektroskopian (EMN espektroskopian), laginaren analisi kimikoa egin eta egitura determina daitezke. Nukleorik erabiliena 1H nukleoa da. Erresonantzia magnetiko nuklearrak aplikazio ugari aurkitu ditu medikuntzan ere, ehunen irudiak lortzeko.

• Elektroi-spinaren erresonantzia-espektroskopia EMN espektroskopiaren antzekoa da. Molekuletako elektroiek spina dute, eta ½ balio dute. Parekatu gabeko elektroiak dituzten molekuletan, spin elektroniko erresultantea zeroren desberdina da. Spin horrek momentu magnetiko bat sortzen du, kanpoko eremu magnetiko batean orienta daitekeena bi noranzkoetan. Noranzko bakoitzak energia bat dauka, molekularen elektroi-banaketaren menpekoa dena. Mikrouhinen erradiazio elektromagnetikoa aplikatzen bazaio molekulari, fotoi bat xurga dezake, eta goiko energia-mailara pasatzen da. Teknika hau erabilgarria da erradikal askeak eta substantzia paramagnetikoak ikertzeko.