刺激と応答
何か物を見るためには，照明がなければ，我々の目には見えない．箱とボールに照明を当てると，形の違いによって，我々に届く光は異なった情報をもって，我々の目に入り，箱とボールを識別する事ができる．コウモリは，夜の光のない世界でも，自由に空を飛んでいる．コウモリは，前方に音波を出し，前方からの反射音を聞き分けて，障害物や餌を識別しているのは，良く知られている．何かを観測しようとすれば，何らかの刺激を与え，その応答をみることになる．
分子の世界の情報を得ようとするとき，光は極めて重要である．それは，物質と光は，様々な相互作用を起こすからである．
分子に光りを当てたとき，何も相互作用がなければ，最初の光のまま通過する．相互作用は，光のエネルギーを吸収することである．光を吸収するためには，そのエネルギーに対応したエネルギーの仕組みが，分子になければならない．
電子エネルギー ~10 -18 J (~6x10 2 kJ / mol )
振動エネルギー ~10 -20 J (~6x10 0 kJ / mol )
回転エネルギー ~10 -23 J (~6x10 -3 kJ / mol )
並進エネルギー ~10 -35 J (~6x10 -15 kJ / mol )
紫外可視領域の吸収
電子遷移
図 分子の電子遷移．分子の電子遷移は，分子の電子準位に振動準位が(場合によっては，回転準位も) 加わったものとなる．そのため，吸収スペクトルは，幅の広い吸収となり，原子スペクトルのような線スペクトルとはならない．
図 β-カロテンの吸収スペクトル
表 t-ポリエンの吸収波長 (π - π* 遷移)
| n | 波長 λ ( nm) | エネルギー ( kJ / mol) |
| 1 | 174 | 690 |
| 2 | 227 | 529 |
| 3 | 275 | 437 |
| 4 | 310 | 387 |
| 5 | 342 | 351 |
| 6 | 380 | 316 |
p 軌道の数が増えると，結合性軌道と反結合性軌道の数が増え，エネルギー準位の数も増える．n の数が増えるに従って，電子が満たされている軌道と空の軌道のエネルギー差が減少する．すなわち，吸収波長が長くなる．
紫外可視領域の吸収の吸収は，光源の光を 回折格子により単色光にして，波長を変化させながら，試料に照射し，入射光と透過光の光の強度の比を測定する．
液体試料に用いられる試料セルを図に示す．入射光と透過光の比の対数を吸光度という．吸光度と試料濃度の関係は， ランバート-ベールの法則で示される．
A = ε L c ( A = log I0 /I )
A は吸光度，εは，吸光係数， L は，光路長， cは，濃度である．分光光度計には，吸光度が表示される．吸光度は，濃度に比例しているということが，ランバート-ベールの式の重要な点である．
図 測定用試料セル． 光路長 1 cm の石英製セルを，溶液の吸収を測定するときに通常用いる．
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赤外吸収法
図 分子の振動モードの例．分子の振動モードには様々な種類があり，それぞれ特徴的な吸収を，赤外領域に示す．そのため，分子の構造を知るのに役立つ．
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ICP発光分析 (原子スペクトル)
アルゴンプラズマ炎中で，原子を発光させ，元素の原子スペクトルを測定する方法を，ICP発光分析法と呼ぶ．同時に多数の元素の微量分析ができることから，現在，金属元素分析の主流の方法である．発光強度は，試料の濃度に比例する．
x線の発生
金属(ターゲット)に加速した電子(イオン化エネルギー以上のエネルギー)をあてると，内殻の電子は，原子の束縛を離れ飛んでいく．電子の空きができた，内殻の軌道は，すぐさま上位のエネルギー準位の電子が移ってくる．しかし，通常の電子遷移に伴う発光とは異なり，エネルギーが極めて大きい光，X 線が出てくる．このX 線のエネルギーは，電子のエネルギー準位間の差であるので，極めて波長の幅が狭く，元素によって固有の値である．そのため，こうして発光されるX 線を特性x線とよぶ．
加速した電子によりX 線を発光されるランプを，X 線発生管とよぶ．X 線発生管の効率はあまり良くないので，熱伝導がいいか，耐熱性の高い金属がターゲットに用いられる．銅をターゲットに用いた場合，X 線の波長は，0.1542 nm であり，モリブデンを用いた場合には，波長は，0.0711 nm である．いずれも，電子が，第2周期から，第1周期の軌道に遷移することに伴って発光するので，Kαと呼んで識別される．
光電子効果
光のエネルギーのすべてが，電子に与えられる効果．X 線 のように，高エネルギー光の場合には，電子が原子の軌道を飛び出す．
蛍光X 線
高エネルギー光によって，電子が飛び出した後，空の軌道に，上位の軌道から電子が遷移し，X 線を発光する．
x線回折法
格子間隔を d として，入射角をθ としたら，
2 d sinθ = n λ
x線光電子分光 (ESCA)
固体に，x線を照射したとき，光電子効果で飛び出してくる，2次電子を測定するのが，x線光電子分光法である．2次電子は，原子のエネルギー準位に依存した運動エネルギーを持つが，原子が結合してる状況によって，エネルギーが変化する．この変化量から，原子の化学結合の様子がわかる．
NMR
質量数が奇数である，原子核はスピンを持っている．原子核は電荷をもつので，原子核がスピンを持つと，磁気モーメントを生じる．核が磁場の中に置かれると，スピンの向きによって，エネルギー準位に差が生じる．これを，ゼーマン効果という．このような性質を示す原子として，1H ，13C などが，化学分析で利用される．物質を磁場におき，電磁波を照射して，電磁波の応答を測定する．有機物の構造解析の主流の分析方法である．
ESR