任何波段的望远镜都仅仅是一个宽波段的能量聚集器。为了深入了解天体的物理和化学特性，常常必须获得有关的频谱信息，因此必须在望远镜的后面附加各种频谱仪。在21世纪人们将发展出一些崭新的频谱分析仪器，如全息频谱仪和三维频谱仪。还会大大改进多目标光谱仪和高精度光谱仪（测视向速度）。为此将推广使用体位全息光栅，第三代低色散光谱仪加体位全息光栅，可以使定向波长处的光效率达到0.9以上。
无论是宽波段直接探测或是进行频谱分析，都必须在望远镜或频谱仪之后加上灵敏的检测器。在光学波段是高量子效率的快读出电荷耦合器（CCD），还必须加拼接技术以获得大面积高效率。对大天区光谱巡天望远镜,需要9×9×2048见方的CCD。如果要求0.1秒角分辨率，就要90×90×2048见方的CCD。西方计划中最大的CCD有256兆个象数，是欧洲南天天文台为配合甚大望远镜而建造的大视场成象巡天望远镜（VST）准备的CCD。
对较长的红外波段，已发展出2048见方的红外CCD，21世纪还会向更大的检测面积和更快的读出速度及更小的读出噪声方向发展。