Un espectrofotómetro Raman convencional incluye una fuente láser, un sistema de retención de muestras, un selector de longitud de onda y un detector.

La fuente láser monocromática, que normalmente utiliza radiación visible o infrarroja cercana, genera un haz de luz muy concentrado. Esta luz interactúa con las moléculas de la muestra, dispersando parte de la luz. Las muestras líquidas y gaseosas suelen analizarse en capilares de vidrio ordinarios, mientras que los sólidos pueden analizarse como polvos envasados ​​en capilares o como gránulos de bromuro de potasio. La luz dispersada se recoge utilizando una lente independiente y se enfoca en la entrada de un monocromador, que dispersa la luz en sus frecuencias constituyentes.

Para garantizar resultados precisos, la salida se filtra exhaustivamente para eliminar la radiación láser dispersa y la dispersión de Rayleigh, que pueden interferir con la señal Raman. Luego, la señal óptica se convierte en una señal eléctrica dentro del detector, a menudo un dispositivo acoplado a la carga o un tubo fotomultiplicador, lo que permite procesarla y visualizarla como un espectro Raman.

En algunos casos, se utilizan filtros de paso de banda y de ranura de alta calidad en espectrómetros Raman de fibra óptica para minimizar la radiación dispersada por Rayleigh. Otra variante, el instrumento Raman por transformada de Fourier, reemplaza el monocromador por un interferómetro de Michelson y utiliza un láser de onda continua. Después de pasar por los filtros, la radiación se enfoca en un detector de germanio enfriado para su análisis.