Nghiên cứu sự tương tác giữa vật chất và bức xạ. Kể từ khi mức năng lượng trong tất cả các nguyên tử và phân tử là rời rạc (quantized), hấp thụ hoặc phát ra bức xạ xảy ra lúc năng riêng biệt lượng (tần số) đặc trưng của một hóa chất nhất định. Năng lượng cấp thăm dò có thể quay (lò vi sóng vùng), vibrational (khu vực hồng ngoại), hoặc điện tử (có thể nhìn thấy hoặc tia cực tím). Khối lượng phổ học, các phân tử ion hóa và công chúng khác nhau được lựa chọn bởi việc sử dụng một điện hoặc từ trường. Nhiều kỹ thuật quang phổ đã được sử dụng để xác định các phân tử hoặc nguyên tử trong không khí.