La radiazione elettromagnetica (EM) può essere considerata un campo elettrico e magnetico oscillante che si propaga attraverso un mezzo e che può interagire con la materia lungo il suo percorso. Il campo elettrico nella radiazione può interagire con le cariche elettriche negli atomi o nelle molecole nella materia. D'altra parte, il campo magnetico può interagire con il campo magnetico nel nucleo atomico. Lo studio dell'interazione tra radiazione elettromagnetica e materia è definito spettroscopia. La spettroscopia è lo studio di come la radiazione EM interagisce con la materia, concentrandosi principalmente su come le sostanze assorbono ed emettono luce. Questo processo rivela informazioni uniche sulla struttura atomica e molecolare della materia coinvolta, fornendo informazioni sulla sua composizione chimica e sulle sue proprietà.

La radiazione EM può essere considerata contemporaneamente come un'onda e come una particella. Può essere caratterizzata dalle proprietà di un'onda, come intensità (I) e ampiezza (A). Tuttavia, le sue interazioni con la materia sono spesso pensate in termini di fotoni, che sono particelle elementari. L'intensità è il numero di fotoni che colpiscono una data area di materia durante uno specifico intervallo di tempo. L'ampiezza dell'onda è la distanza tra il picco dell'onda e il punto di equilibrio dell'onda. L'intensità della radiazione è direttamente proporzionale al quadrato della sua ampiezza.

La radiazione EM può essere trasmessa attraverso la materia senza alcuna interazione. In questo caso, l'intensità e l'energia della radiazione che entra nella materia e ne esce saranno le stesse. L'interazione tra la radiazione EM e la materia può avvenire in modi diversi. In alcuni casi, si verifica la trasmissione, che consente alla radiazione di passare attraverso la materia senza alterazioni, mantenendo la stessa intensità e gli stessi livelli di energia all'uscita. La riflessione e la diffusione sono altri tipi di interazione in cui la radiazione viene indirizzata indietro verso la sua sorgente o dispersa in modo casuale; l'energia può rimanere invariata (elastica) o può variare (anelastica). Un'altra interazione significativa è l'assorbimento, in cui la materia assorbe energia dalla radiazione, con conseguente riduzione dell'intensità della radiazione trasmessa. L'emissione avviene quando l'energia assorbita viene poi rilasciata dalla sostanza, spesso sotto forma di luce a diversa lunghezze d'onda.

Per analizzare tali interazioni, nella ricerca e nell'industria vengono utilizzate varie tecniche spettroscopiche, tra cui la spettroscopia infrarossa (IR), la spettroscopia ultravioletta-visibile (UV-Vis), la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) e la spettrometria di massa (MS). Ogni tecnica offre una finestra unica sulla struttura molecolare, consentendo l'identificazione precisa dei composti e l'analisi dettagliata di sistemi chimici complessi.