分子中同一电子能态中不同振动能级之间跃迁产生的光谱。
分子的振动能量是量子化的。如果一个分子由N个原子组成，对非线形分子应有3N-6(线形分子为3N-5)个独立的振动方式。例如,二氧化碳是线形三原子分子,它具有三种不同的振动方式(其中第二种是二重简并)，如图所示。
每一种振动方式的量子化都可以用一个有关的量子数来表示，若振动的频率分别为v1、v2、…,则相应的振动量子数分别为v1、v2、…,分子的振动态一般是按量子数的次序(v1、v2、…)来表征的。如果把这些振动近似地看成是简谐的，则允许的能量值可以用下式表示：
式中h为普朗克常数；c为光速；v1、v2、…可取0、1、2、…等一系列整数。最低振动态(v1＝0、v2＝0、…)的能量不等于零，而是有一确定值，这个能量称为零点能。线性谐振子振动量子数v的选择定则是：Δv＝±1。
辐射的发射是由于振子从较高态(v′)跃迁到较低态(v″)而发生的，发射的波数由下式给定：
例如二氧化碳分子从(001)态跃迁到(100)态时可辐射10.6微米的光，从(001)跃迁到(020)态时则辐射9.6微米的光。由于在振动光谱中通常带有转动能级间的变化，则得到振转光谱。
分子中振动能级的间隔比转动能级间隔大100倍左右，一般为0.05～lev，对应光子波长约为1～25μm，这种光谱位于近红外区和中红外区，所以又称为红外光谱，简记为IR。
分子的振动跃迁过程中会伴随有转动能级的变化，因此整个分子的振动光谱包含若干条谱带，它实际上是振动-转动光谱，即定义为双原子分子通常同时具有振动和转动，振动能态改变时总伴随着转动能态的改变，产生的光谱，其波长范围一般位于红外区。