Ein herkömmliches Raman-Spektrophotometer umfasst eine Laserquelle, eine Halterung für Proben, eine Komponente zum Filtern der Wellenlänge und einen Detektor.

Die monochromatische Laserquelle, die typischerweise sichtbare oder nahinfrarote Strahlung verwendet, erzeugt einen hochfokussierten Lichtstrahl. Dieses Licht interagiert mit den Molekülen der Probe und streut einen Teil des Lichts. Flüssige und gasförmige Proben werden normalerweise in gewöhnlichen Glaskapillaren getestet, während Feststoffe als in Kapillaren verpackte Pulver oder als Kaliumbromidpellets analysiert werden können. Das gestreute Licht wird mithilfe einer separaten Linse gesammelt und auf den Eingang eines Monochromators fokussiert, der das Licht in seine Frequenzen aufteilt.

Um genaue Ergebnisse zu gewährleisten, wird der Output umfassend gefiltert, um gestreute Laserstrahlung und Rayleigh-Streuung zu entfernen, die das Raman-Signal stören können. Das optische Signal wird dann im Detektor, häufig ein Charge-Coupled Device oder ein Photomultiplier, in ein elektrisches Signal umgewandelt, sodass es verarbeitet und als Raman-Spektrum visualisiert werden kann.

In einigen Fällen werden in faseroptischen Raman-Spektrometern hochwertige Bandpass- und Bandsperrfilter verwendet, um die Rayleigh-Streustrahlung zu minimieren. Eine andere Variante, das Fourier-Transform-Raman-Instrument, ersetzt den Monochromator durch ein Michelson-Interferometer und verwendet einen Dauerstrichlaser. Nach dem Passieren der Filter wird die Strahlung zur Analyse auf einen gekühlten Germaniumdetektor fokussiert.