Spektrofotometria to ilościowy pomiar absorpcji, odbicia, dyfrakcji lub transmisji promieniowania elektromagnetycznego przez materiał jako funkcji intensywności i długości fali promieniowania. Spektrofotometr to urządzenie służące do pomiaru zmiany intensywności promieniowania spowodowanej jego interakcją z materiałem.

Podstawowe elementy spektrofotometru obejmują źródło promieniowania elektromagnetycznego, szczelinę do umieszczania materiału do analizy oraz detektor do pomiaru intensywności promieniowania padającego ze źródła i promieniowania wychodzącego z materiału (promieniowanie przenoszone, odbite lub dyfrakcyjne). Różnica między intensywnością promieniowania padającego i promieniowania przenoszonego docierającego do detektora jest wykorzystywana do obliczenia intensywności promieniowania pochłanianego przez materiał. Próbkę poddaje się działaniu promieniowania o różnych długościach fal, często pojedynczo. Spektrometr przy każdej próbie dostarcza serię danych wraz ze szczegółami absorpcji; proces ten nazywa się skanowaniem. Ponieważ poziomy energii materiału są skończone, absorpcja zachodzi tylko przy określonych długościach fal.

Wykres pochłoniętego promieniowania w stosunku do odpowiadającej mu długości fali jest znany jako widmo absorpcyjne. Podobnie, wykresy odbitego, ugiętego i przepuszczonego promieniowania jako funkcji długości fali to odpowiednio widma odbicia, dyfrakcji i transmisji. Widma te dostarczają informacji o konkretnej długości fali, przy której zachodzi interakcja między materiałem a promieniowaniem.

Zakres długości fali promieniowania określa rodzaj przejścia, które zachodzi w materiale. Na przykład widma UV–vis pokazują absorpcję promieniowania UV–vis przez materiał. Pochłonięte promieniowanie powoduje wzbudzenie elektronowe w materiale. Natomiast widma w podczerwieni pokazują wzbudzenie poziomów drgań konkretnego wiązania w materiale. Specyficzna długość fali absorpcji szczegółowo opisuje strukturę chemiczną cząsteczki w zakresie długości fal. Na przykład konkretna długość fali promieniowania podczerwonego pochłoniętego przez wiązanie hydroksylowe w cząsteczce różni się od długości fali promieniowania pochłoniętego przez wiązanie karbonylowe. Tak więc widma w podczerwieni można wykorzystać do identyfikacji grup funkcyjnych w materiale.

W przeciwieństwie do innych metod charakteryzacji chemicznej, takich jak miareczkowanie, spektroskopia jest nieniszczącą techniką charakteryzacji, a materiał próbki można odzyskać po analizie.