紅外光譜與分子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，是研究表征分子結(jié)構(gòu)的一種有效手段，與其它方法相比較，紅外光譜由于對樣品沒有任何限制，它是公認的一種重要分析工具。在分子構(gòu)型和構(gòu)象研究、化學化工、物理、能源、材料、天文、氣象、遙感、環(huán)境、地質(zhì)、生物、醫(yī)學、藥物、農(nóng)業(yè)、食品、法庭鑒定和工業(yè)過程控制等多方面的分析測定中都有十分廣泛的應用。
　　紅外光譜可以研究分子的結(jié)構(gòu)和化學鍵，如力常數(shù)的測定和分子對稱性等，利用紅外光譜方法可測定分子的鍵長和鍵角，并由此推測分子的立體構(gòu)型。根據(jù)所得的力常數(shù)可推知化學鍵的強弱，由簡正頻率計算熱力學函數(shù)等。分子中的某些基團或化學鍵在不同化合物中所對應的譜帶波數(shù)基本上是固定的或只在小波段范圍內(nèi)變化，因此許多有機官能團例如甲基、亞甲基、羰基，氰基，羥基，胺基等等在紅外光譜中都有特征吸收，通過紅外光譜測定，人們就可以判定未知樣品中存在哪些有機官能團，這為最終確定未知物的化學結(jié)構(gòu)奠定了基礎。
　　由于分子內(nèi)和分子間相互作用，有機官能團的特征頻率會由于官能團所處的化學環(huán)境不同而發(fā)生微細變化，這為研究表征分子內(nèi)、分子間相互作用創(chuàng)造了條件。
　　分子在低波數(shù)區(qū)的許多簡正振動往往涉及分子中全部原子，不同的分子的振動方式彼此不同，這使得紅外光譜具有像指紋一樣高度的特征性，稱為指紋區(qū)。利用這一特點，人們采集了成千上萬種已知化合物的紅外光譜，并把它們存入計算機中，編成紅外光譜標準譜圖庫。
　　人們只需把測得未知物的紅外光譜與標準庫中的光譜進行比對，就可以迅速判定未知化合物的成份
當代紅外光譜技術(shù)的發(fā)展已使紅外光譜的意義遠遠超越了對樣品進行簡單的常規(guī)測試并從而推斷化合物的組成的階段。紅外光譜儀與其它多種測試手段聯(lián)用衍生出許多新的分子光譜領(lǐng)域，例如，色譜技術(shù)與紅外光譜儀聯(lián)合為深化認識復雜的混合物體系中各種組份的化學結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了機會；把紅外光譜儀與顯微鏡方法結(jié)合起來，形成紅外成像技術(shù)，用于研究非均相體系的形態(tài)結(jié)構(gòu)，由于紅外光譜能利用其特征譜帶有效地區(qū)分不同化合物，這使得該方法具有其它方法難以匹敵的化學反差。
　　另外，隨著電子技術(shù)的日益進步，半導體檢測器已實現(xiàn)集成化，焦平面陣列式檢測器已商品化，它有效地推動了紅外成像技術(shù)的發(fā)展，也為未來發(fā)展非傅里葉變換紅外光譜儀創(chuàng)造了契機。隨著同步輻射技術(shù)的發(fā)展和廣泛應用，現(xiàn)已出現(xiàn)用同步輻射光作為光源的紅外光譜儀，由于同步輻射光的強度比常規(guī)光源高五個數(shù)量級，這能有效地提高光譜的信噪比和分辨率，特別值得指出的是，近年來自由電子激光技術(shù)為人們提供了一種單色性好，亮度高，波長連續(xù)可調(diào)的新型紅外光源，使之與近場技術(shù)相結(jié)合，可使得紅外成像技無論是在分辨率和化學反差兩方面皆得到有效提高。

     量子場論或量子電動力學可以正確地描述和解釋紅外射線（一種電磁輻射）與物質(zhì)的相互作用。若采用半經(jīng)典的理論處理方法，即對組成物質(zhì)的分子和原子作為量子力學體系來處理，輻射場作為一種經(jīng)典物理中的電磁波并忽略其光子的特征，則分子紅外光譜是由分子不停地作振動和轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的。分子振動是指分子中各原子在平衡位置附近作相對運動，多原子分子可組成多種振動模式。當孤立分子中各原子以同一頻率、同一相位在平衡位置附近作簡諧振動時，這種振動方式稱簡正振動。含N個原子的分子應有3N－6個簡正振動方式；如果是線性分子，只有3N－5個簡正振動方式。圖中示出非線性3原子分子僅有的3種簡正振動模式。分子的轉(zhuǎn)動指的是分子繞質(zhì)心進行的運動。分子振動和轉(zhuǎn)動的能量不是連續(xù)的，而是量子化的。當分子由一種振動（或轉(zhuǎn)動）狀態(tài)躍遷至另一種振動（或轉(zhuǎn)動）狀態(tài)時，就要吸收或發(fā)射與其能級差相應的光。