红外光谱分析的应用，可概括为定性鉴别、定量分析和结构分析三个方面。它为确定化合物的官能团、化合物的类别、化合物的异构体、分子内氢键和链状化合物的链长等提供信息，是分子结构研究的主要方法。
(1)在高聚物分析方面的应用。红外光谱分析是研究高聚物的一个很有成效的手段之一。研究的内容广泛，不仅可以鉴定未知聚合物的结构，剖析各种高聚物中添加剂、助剂和定量分析共聚物的组成，而且可以考察聚合物的结构，研究聚合物反应，测定聚合物的结晶度、取向度，判别它的立体构型等。
(2)在催化吸附研究方面的应用。红外光谱在催化剂表面结构、化学吸附、催化反应机理等方面的应用已相当广泛，是研究表面化学的一种重要工具。现以CO在催化剂上的吸附为例说明红外光谱在研究化学吸附方面的应用。CO化学吸附在催化剂上意味着被吸附的CO分子与催化剂表面原子间形成吸收化学键。因为有新键形成，在红外光谱中就会出现新的谱带。例如气相CO在2110cm^-1和2165cm^-1处有双峰，当它吸附在铁上时，在1970cm^-1附近出现一个宽峰。这种频率降低的现象是碳原子和金属铁表面原子成键后，使碳-氧键力常数降低的结果。
(3)在配位化合物研究方面的应用。红外光谱可以研究配合物的结构和性质。因为配位体和金属结合形成配合物后，原来自由配位体的基频谱带受金属原子(离子)的影响和其他配位体的振动偶合作用发生位移，位移的大小与配位数、键的性质有关，配合反应的结果也会有新谱带出现。
(4)在药物分析中的应用。红外光谱用于药物分析已有悠久的历史。由于核磁共振及有机质谱的应用，作为化合物的结构测定，红外光谱显然是一种次要手段。但作为药物的鉴别测定，红外光谱仍然是十分重要的手段，中国药典、英国药典及美国药典等所收录的许多品种，都以红外光谱作为鉴别药品的主要依据。