Spektroskopia umożliwia pomiar struktury i składu różnych cząsteczek. Spektroskop umożliwia chemikom identyfikację różnych gatunków obecnych w próbce lub „mapowanie” struktur cząsteczki.
Poszczególne typy spektroskopii rozróżnia się na podstawie rodzaju energii promieniowania zaangażowanej w interakcję. W wielu zastosowaniach widmo jest określane poprzez pomiar zmian intensywności lub częstotliwości tej energii promieniowania. Rodzaje spektroskopii można również rozróżnić na podstawie charakteru interakcji między energią a materiałem. Wyróżnia się m.in. spektroskopię astronomiczną, absorpcyjną, biomedyczną, rentgenowską.
Spektroskopia astronomiczna dotyczy głównie analizy obiektów w przestrzeni. Z prostej analizy spektroskopowej obiektu astronomicznego możemy zmierzyć widmo promieniowania elektromagnetycznego i określić jego długość fali. To może nam powiedzieć o składzie chemicznym obiektu (jako współczynniku ich widma i masy), temperaturze, odległości i prędkości (wykorzystując funkcję ich długości fali i prędkości światła).
Spektroskopia absorpcyjna polega na wykorzystaniu technik spektroskopowych mierzących absorpcję promieniowania w materii. Możemy określić skład atomowy próbki, testując absorpcję określonych pierwiastków w widmie elektromagnetycznym.
Spektroskopia biomedyczna to rodzaj spektroskopii stosowany w naukach biomedycznych. Na przykład, spektroskopia rezonansu magnetycznego (specjalistyczna technika związana z obrazowaniem metodą rezonansu magnetycznego) jest często stosowana do diagnozowania i badania zmian chemicznych w mózgu, które mogą wywoływać wiele schorzeń, od depresji po guzy, a także wykorzystuje się ją do analizy struktury metabolicznej mięśni. Działa to na zasadzie mapowania długości fal w mózgu, które odpowiadają znanemu widmowi, i dokładnej analizie wzorców i aberracji w tych wzorach.
Spektroskopia rentgenowska z dyspersją energii (inaczej zwana EDS / EDX) jest wykorzystywana do identyfikacji i kwantyfikacji pierwiastków znajdujących się w próbce. Te urządzenie być również używane w połączeniu z transmisyjną mikroskopią elektronową (TEM) i skaningową transmisyjną mikroskopią elektronową (STEM) do tworzenia przestrzennie rozdzielczej analizy elementarnej na obszarach o średnicy zaledwie kilku nanometrów.
