Štúdium interakcie medzi hmotou a žiarenia. Pretože energetickej hladiny vo všetkých atómov a molekúl sú diskrétne (quantized), absorpcia alebo emisiou žiarenia dochádza pri odlišné energií (frekvencií), charakteristické pre danú chemikáliu. Energetickej hladiny sondoval môže byť rotačné (mikrovlnná rúra región), vibračné (infračervená oblasť), alebo elektronické (viditeľné alebo ultrafialovej). v hmotnosti spektroskopie, molekuly sú ionizovanej a rôznych hmotností vybrané pomocou elektrického alebo magnetického poľa. Mnoho spektroskopických metód boli použité na identifikáciu molekuly alebo atómy v atmosfére.