具有相同原子核的原子組成的雙原子分子，例如N2和O2分子。同核分子的能級結構特點反映在它的光譜上。紅外區內雙原子分子振動光譜的強度依賴於偶極矩 μ對核間距R的導數值。例如 CO分子（CO是異核分子）的偶極矩在核平衡距離R＝Re附近的導數值很大，所以有很強的振動紅外吸收。但是，像H2，O2，N2和I2等這類的同核分子的偶極矩μ＝0，μ的導數處處為零，所以觀察不到它們的紅外振動光譜。然而，卻可以觀察到它們的振動喇曼光譜(見喇曼效應)。另外，HD分子雖然是異核分子，但是它是等電荷核分子，所以HD也不具有振動紅外吸收光譜而隻具有喇曼光譜。