Spektroskopia on valon tutkimus, kun se hajoaa sen väreihin. Näitä eri värejä tutkimalla voidaan määrittää mikä tahansa määrä tutkittavan kohteen ominaisuuksia, koska valon värit heijastavat energiatiloja. Teknisesti spektroskopia tarkastelee aineen ja säteilyn vuorovaikutusta. Sitä käytetään kemian yhdisteiden analysointiin, sen määrittämiseen, mitkä eri elementit muodostavat jotain, ja sitä käytetään myös tähtitieteessä saadakseen tietoa sekä tähtitieteellisten kappaleiden koostumuksesta että nopeuksista.
Spektroskopia voidaan jakaa useisiin osa-alueisiin riippuen siitä, mitä mitataan ja miten sitä mitataan. Joitakin suuria alueita ovat massaspektrometria, elektronispektroskopia, absorptiospektroskopia, emissiospektroskopia, röntgenspektroskopia ja sähkömagneettinen spektroskopia. On kuitenkin olemassa myös monia muita spektroskopiatyyppejä, mukaan lukien ne, jotka katsovat ääntä sen hajallaan tai sähkökenttiä.
Esimerkiksi röntgenspektroskopiassa röntgensäteet pommittavat ainetta. Kun ne osuvat siihen, atomien sisäkuorien elektronit ovat innoissaan ja poistavat sitten virityksen ja lähettävät säteilyä. Tämä säteily tulee eri taajuuksilla atomista riippuen, ja esiintyy pieniä vaihteluita läsnä olevien kemiallisten sidosten mukaan. Tämä tarkoittaa, että säteilyä voidaan tutkia sen määrittämiseksi, mitä alkuaineita on läsnä, kuinka paljon ja mitä kemiallisia sidoksia on olemassa.
Tähtitieteessä spektroskopiaa voidaan käyttää monenlaisten asioiden määrittämiseen tähtien ja muiden taivaankappaleiden koostumuksesta. Tämä johtuu siitä, että valo on aalto ja eri energioilla on eri aallonpituudet. Nämä eri aallonpituudet korreloivat eri väreihin, jotka voidaan havaita teleskooppien avulla. Spektroskopiassa tarkastellaan eri värejä ja käytetään eri prosessien ja elementtien energioista tiedettyä rakennettaessa karttaa siitä, mitä tapahtuu tuhansien miljoonien valovuoden päässä.
Tähtitieteellisessä spektroskopiassa tarkastellaan kahta päävalonspektriä: jatkuvaa ja erillistä. Jatkuvalla spektrillä on laaja valikoima värejä, jotka ovat suhteellisen jatkuvia. Erillisellä spektrillä on toisaalta tiettyjä erittäin kirkkaiden tai hyvin tummien viivojen piikkejä tietyissä energioissa. Erillisiä spektrejä, joissa on kirkkaita piikkejä, kutsutaan emissiospektreiksi, kun taas niitä, joissa on tummia piikkejä, kutsutaan absorptiospektreiksi.
Jatkuvia spektrejä säteilevät esimerkiksi tähdet ja maan päällä olevat asiat, kuten tulipalot, eläimet tai hehkulamput. Koska energiaa vapautuu koko aallonpituusalueelta, se näyttää melko jatkuvalta, vaikka spektrissä voi olla huippuja ja kouruja. Kaikki tämä valo ei tietenkään näy paljaalla silmällä, suuri osa siitä on infrapuna- tai ultraviolettialueella.
Erilliset spektrit puolestaan johtuvat yleensä siitä, että jokin tietty atomi tapahtuu. Tämä johtuu siitä, että tietyistä kvanttimekaniikan säännöistä johtuen elektronipilvillä on hyvin erityinen energia, riippuen siihen liittyvästä atomista. Jokaisella elementillä on vain kourallinen energiatasoja, joita sillä voi olla, ja lähes kaikki ne ovat helposti tunnistettavissa. Samaan aikaan nämä elementit haluavat aina palata näille perusenergiatasoille, joten jos ne innostuvat jollakin tavalla, ne lähettävät ylimääräistä energiaa valona. Tällä valolla on täsmälleen aallonpituus, jota tuolta atomilta odotettaisiin, jolloin tähtitieteilijät voivat tarkastella valon huippua ja tunnistaa mitä atomit ovat mukana, mikä auttaa avaamaan maailmankaikkeuden koostumuksen salaisuudet.