Studium interakcji między materii i promieniowania. Ponieważ poziom energii we wszystkich atomów i cząsteczek są dyskretne (skwantowaną), absorpcji i emisji promieniowania występuje w różne energie (częstotliwości) charakterystyczne dla danej substancji chemicznej. Poziom energii, badane mogą być obrotowe (kuchenka mikrofalowa regionu), wibracji (podczerwień regionu), lub elektronicznej (widoczne lub ultrafioletowego). W spektroskopii masowej cząsteczki są zjonizowanego i różnych mas, wybrany przez za pomocą elektrycznego lub pola magnetycznego. Wiele technik spektroskopowych zostały wykorzystane do identyfikacji cząsteczek i atomów w atmosferze.