利用各種不同波長的電磁波，如長的無線電波或短的X射線來測定有機物質結構的學科，也就是將這些物理方法取得的有關物質內部的某些資訊與化學結構聯繫起來，從而得到有關分子內部的許多細緻的情況，如化學鍵的長短、原子在分子中的取向等；也可用來觀察反應進行的情況，推斷或驗證反應機理和在混合物體系中測定某一個或幾個組分的含量等。波譜解析必須與化學行為結合起來考慮，並且最終以化學反應來證實，二者的關係是相輔相成的。
20世紀60年代以來，，波譜學發展很快。有機合成和天然有機化合物的研究，都離不開波譜學這個有力工具。目前已經普遍應用的有紅外光譜、紫外光譜、質譜法和核磁共振譜等。正在普及的有喇曼光譜、X射線晶體衍射等。尚未普及但有很大希望要普遍采用的有微波譜、電子衍射和中子衍射、電子自旋共振譜等。近年來隨著新技術的出現和儀器性能的不斷改進，傅裡葉變換技術、超導磁鐵和計算機自動處理系統等相繼應用，使我們有可能用更少的樣品獲得更多、更詳盡的信息。