根据波长或频率的不同，可将电磁波区分为许多不同的波段，并分别给予不同的名称。每个波段，其所涉及的能量几乎都和分子或其组成（电子与原子核）的某一种运动方式有关，因而在和物质相互作用时，不同的波段都在不同程度上影响整个分子的能量状态，根据其不同性质就可找到不同波段的电磁波在研究分子结构及其运动中的应用。
一个分子的总能量包括平动、核取向、电子自旋、转动、振动以及价电子能量等几部分，分成了不同的能级。物质吸收能量后，低能态跃迁至高能态，其发射指高能态向低能态跃迁将多余能量以量子形式发射出来。不同的物质，其吸收和发射的状况不同，人们根据各种波谱技术测量的直接结果得到波谱图。波谱图反应了物质的结构信息。这就是波谱学的物理基础。