應用光譜學的原理和實驗方法確定天體的物質結構和化學成分的分析法（見恒星光譜）。天體光譜分析一般有兩種：
① 定性分析 用來確定天體的化學成分。首先測定譜線的波長。在拍攝天體光譜後，擋住用來拍攝天體光譜的那部分狹縫，將已知譜線波長的光源投在狹縫的其他部分上，拍攝比較光譜(常是鐵弧光譜)。用儀器（如比長儀）測量比較譜線的座標x，然後確定它們的波長λ和x的關係式，對於棱鏡攝譜儀拍攝的光譜有經驗公式
<
。
式中α、
λ
0、
c
0和
x
0是待定常數；α、
λ
0同攝譜儀有關；
c
0同所選擇的光譜段有關；
x
0同譜線的坐標所取的零點有關；α通常取為0.5或0.6，有時也取為1。這關系式確定以後，便可根據這個經驗公式從天體譜線的坐標x計算其波長λ。改正天體視向速度對波長的影響之後，將天體譜線波長和地球上已知元素的譜線波長作比較，或者應用按原子結構和光譜理論計算的譜線表，證認出產生天體譜線的元素。
② 定量分析 每種元素的譜線強度，與它們在物質中的含量有關，所以通過對譜線強度的比較，可以確定物質中各元素的含量。對於天體，目前隻能取到月球上的物質樣品，在實驗室中進行定量分析。至於恒星（包括太陽）光譜的定量分析，有兩種方法：一是測定一些譜線的等值寬度，作出觀測的生長曲線，與理論計算比較；二是根據某種譜線形成的機理，假設一些物理參數，計算出理論輪廓，再同觀測輪廓比較。這兩種方法不僅能得到形成該譜線元素的原子數，而且能得到恒星大氣中的溫度、湍流速度和壓力等參數。