分子光谱分子从一种能态改变到另一种能态时的吸收或发射光谱（可包括从紫外到远红外直至微波谱）。分子光谱与分子绕轴的转动、分子中原子在平衡位置的振动和分子内电子的跃迁相对应。
分子具有转动能量Er、振动能量Ev和电子能量Ee，每一种能量都与一组量子数相联系。在某一瞬间，分子的总量子化能量可近似表示为：
E＝Ee+Ev+Er式中的转动能Er最小，典型值是百分之几电子伏；振动能Ev是十分之几电子伏；电子能量Ee最大，通常为几个电子伏。
与分子中电子能级间的跃迁对应的是电子光谱，其谱带是粗结构，若还同时伴有转动态的变化，则得到谱带的精细结构。与同一电子能态的不同振动能级跃迁对应的是振动光谱。与同一电子能态、同一振动能级内的两个不同转动能级间跃迁相对应的是转动光谱。与同一电子能态的不同振动和转动能级变化相对应的是振转光谱。