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  化學鍵的振動是量子化的。分子會吸收特定頻率的紅外線,使化學鍵由振動基態躍遷至激發態(通常是第一激發態)。在通常狀態下,分子的所有共價鍵幾乎全部處於振動的基態。化學鍵的振動可用簡諧振子近似,所以欲使化學鍵振動能級發生改變,吸收光的波數應為:  formula_1  其中formula_2為圓周率,formula_3為真空中光速,formula_4為化學鍵的“勁度係數”,formula_5為約化質量。約化質量由下式給出:  formula_6  其中formula_7和formula_8分別為成鍵原子formula_9和formula_10的質量。不同的化學鍵,隨著成鍵原子的不同,約化質量也會不同;而即使對於相同的成鍵原子,由於化學鍵性質不同(比如碳碳雙鍵和碳碳單鍵),其“勁度係數”也會不同。故而不同化學鍵會有不同的特徵頻率。  一個分子的總自由度為3N(N為分子中原子的數量)。其中平移自由度為3,分別對應對於"x"、"y"和"z"三個方向;同樣的,旋轉自由度亦為3。所以對於非線型分子,其振動模式(vibrational mode)的數量為3N-6。由於繞鍵軸旋轉不計入旋轉自由度,對於線型分子,振動模式的數量為3N-5。簡單的雙原子分子只有一種振動模式,那就是伸縮。更復雜的分子,其振動方式也更為複雜。例如亞甲基中的碳氫鍵,就可以以 “對稱伸縮”、“非對稱伸縮”、“剪刀式擺動”、“左右搖擺”、“前後搖擺”和“扭擺”六種方式振動(見下圖)。  一般地,紅外光譜上的訊號數量應與分子的振動模式數量相同,但分子的振動模式若為紅外活躍,必須能使分子偶極矩改變;所以並不是所有的振動模式都能在紅外光譜中被觀察到。此外,不同振動模式之間可以耦合,並在紅外光譜上顯示訊號。  測量樣品時,一束紅外光穿過樣品,各個波長上的能量吸收被記錄下來。這可以由連續改變使用的單色波長來實現,也可以用傅立葉變換來一次測量所有的波長。這樣的話,透射光譜或吸收光譜或被記錄下來,顯示出被樣品紅外吸收的波長,從而可以分析出樣品中包含的化學鍵。  這種技術專門用在共價鍵的分析。如果樣品的紅外活躍鍵少、純度高,得到的光譜會相當清晰,效果好。更加複雜的分子結構會導致更多的鍵吸收,從而得到複雜的光譜。但是,這項技術還是用在了非常複雜的混合物的定性研究當中。

  該技術通常用於分析具有共價鍵的樣品。 具有很少的IR活性鍵和高純度的樣品中可獲得簡單光譜。 更復雜的分子結構會造成更多的吸收帶和更復雜的光譜。

  固態樣品可溶解於有機溶劑如二氯甲烷、氯仿或甲苯中,獲取光譜前先掃描相應的純溶劑獲得背景光譜,再掃描含有樣品的溶液,通過計算機處理即可獲得樣品的紅外光譜。也可將樣品與礦物油混合研磨製成糊狀物進行掃描。還可以將樣品與溴化鉀研碎混合充分混合後壓片進行掃描。 液態樣品可以直接通過掃描獲取紅外光譜,也可以製成溶液後進行掃描。

  傅立葉變換紅外光譜學(FTIR)是一種極為有效的記錄紅外光譜訊號的測量手段。紅外光穿過干涉儀裝置後再經過樣品(反之亦然)。干涉儀中的一面前後移動的鏡子改變紅外光中的波長分佈。經過此裝置的後收集到的紅外譜圖被稱為“干涉圖”,代表著此時收集到的光是一組隨時間變化的訊號。經過資料處理,傅立葉變換將原始訊號資料轉換為所需的紅外光譜圖,即一組隨波數(或波長)變化的光訊號。要得到樣品的光譜,還需要一個背景作為參照。

  紅外光譜學相關表
紅外光譜學是光譜學中研究電磁光譜紅外部分的分支。它包括了許多技術,到目前為止最常用的是吸收光譜學。同所有的分光鏡技術一樣,它可以被用來鑑別一種化合物和研究樣品的成分。紅外光譜學相關表見於文獻,方便查詢。