分子光譜是提供分子內部信息的主要途徑，根據分子光譜可以確定分子的轉動慣量、分子的鍵長和鍵強度以及分子離解能等許多性質，從而可推測分子的結構。
分子的內部運動狀態發生變化所產生的吸收或發射光譜(從紫外到遠紅外直至微波譜)。
分子運動包括整個分子的轉動，分子中原子在平衡位置的振動以及分子內電子的運動，因此，分子光譜一般有三種類型：轉動光譜、振動光譜和電子光譜。分子中的電子在不同能級上的躍遷產生電子光譜。由于它們處在紫外與可見區，又稱為紫外可見光譜。電子躍遷常伴隨能量較小的振轉躍遷，所以它是帶狀光譜。與同一電子能態的不同振動能級躍遷對應的是振動光譜，這部分光譜處在紅外區而稱為紅外光譜。
振動伴隨著轉動能級的躍遷，所以這部分光譜也有較多較密的譜線，故又稱振轉光譜。純粹由分子轉動能級間的躍遷產生的光譜稱為轉動光譜。這部分光譜一般位于波長較長的遠紅外區和微波區而稱為遠紅外光譜或微波譜。