물질에 의한 빛의 흡수 · 복사를 분광계 · 분광광도계 등을 사용하여 스펙트럼으로 나누어 측정 · 해석하고 그 물질의 에너지 준위(準位)나 구조, 전이확률(轉移確率), 온도 등을 연구하는 광학의 한 분야. 오늘날은 측정주파수(파장) 분석뿐 아니라 에너지분석 · 질량분석 등에 대해서도 분광학이란 용어가 사용된다.

따라서 측정을 매개로 할 때 전자기파에 한정하지 않고 입자빔을 사용하는 경우도 있다.

이것을 분광분석(spectrometry)이라고도 한다.

분광학의 연구분야는 파장영역에 따라 전파분광학 · 적외선분광학 · 가시분광학 · X선분광학 · 선분광학 등으로 분류된다.

모두 분자의 회전 · 진동, 원자 · 분자의 안껍질 · 바깥껍질의 전자운동 및 원자핵운동 등에 기인한 스펙트럼을 각기 연구문제로 삼고 있다.

파장이 긴 마이크로파나 적외선 영역에서는 흡수분광법, 그 밖의 분야에서는 발광분광법이 주된 연구방법으로 이용되고 있다.

일반적으로는 하나의 광자가 방출되거나 흡수되는 과정이 연구에 이용되지만 둘 이상의 광자가 동시에 관계하는 흡수나 산란 과정도 이용된다.

예를 들면 2광자흡수분광 · 라만분광을 들 수 있다.

전자기파를 이용하지 않는 분광학으로는 전자빔 분광학 · B선 분광학이 있다.

또 측정대상에 따라 분류하면 분광학은 원자분광학 · 분자분광학 · 고체분광학 · 핵분광학 및 강입자(hardron)분광학으로 세분된다.