分子從一種能態改變到另一種能態時的吸收或發射光譜（可包括從紫外到遠紅外直至微波譜）。分子光譜與分子繞軸的轉動、分子中原子在平衡位置的振動和分子內電子的躍遷相對應。
分子具有轉動能量Er、振動能量Ev和電子能量Ee，每一種能量都與一組量子數相聯系。在某一瞬間，分子的總量子化能量可近似表示為：
E＝Ee+Ev+Er
式中的轉動能 E r最小，典型值是百分之幾電子伏；振動能 E v是十分之幾電子伏；電子能量 E e最大，通常為幾個電子伏。與分子中電子能級間的躍遷對應的是電子光譜，其譜帶是粗結構，若還同時伴有轉動態的變化，則得到譜帶的精細結構。與同一電子能態的不同振動能級躍遷對應的是振動光譜。與同一電子能態、同一振動能級內的兩個不同轉動能級間躍遷相對應的是轉動光譜。與同一電子能態的不同振動和轉動能級變化相對應的是振轉光譜。