①發射光譜學
利用原子或分子的發射光譜進行研究。每種原子和分子都有特定的能級結構和光譜系列，通過對發射光譜的研究可得到關于原子和分子能級結構的許多知識、測定各種重要常數以及進行化學元素的定性和定量分析等。
②吸收光譜學
分子或原子團在各個波段均有特征吸收，主要表現為分子光譜所特有的帶狀吸收譜（見光譜）。廣泛被采用的紅外吸收光譜是由分子的同一電子態內不同振動和轉動能級間的躍遷產生。紅外吸收光譜主要用來研究分子的能級結構和分子結構，或進行分子的定性和定量分析等。對吸收光譜和發射光譜的研究常互為補充。
③拉曼光譜學
在拉曼散射中，拉曼譜線起源于散射物質分子的振動和轉動，反映了分子的內部結構和運動，通過拉曼光譜可對化合物進行定性和定量分析、測定分子的振動和轉動頻率及有關常數、了解分子內部或分子間的作用力、推斷分子結構的對稱性和幾何形狀等。拉曼光譜的應用范圍遍及物理學、化學、生物學的許多領域。新型光源激光的應用有力地推動了拉曼光譜學的發展。