Štúdiom spektier sa zaoberá optická spektrálna analýza. Pod spektrom vo všeobecnosti rozumieme množinu hodnôt, ktoré nadobúda uvažovaná veličina. V prípade elektromagnetického vlnenia, šíriaceho sa z elektromagnetického oscilátora , nadobúdajú uhlové frekvencie hodnoty

, (1)

kde l je „dĺžka dipólu“, v je charakteristická rýchlosť pohybu náboja v dipóle pozdĺž dipólu l k = 1, 2, 3, ... Teda okrem základnej frekvencie ( k = 1 ) vlnenie obsahuje aj vyššie harmonické frekvencie (k = 2, 3 .. ). Ani v prípade izolovaného elektromagnetického oscilátora vlnové pole nemá jednoduchý harmonický (sínusový) priebeh. Obsahuje frekvencie f_k

, (2 )

a vlnové dĺžky

, (3)

kde c je rýchlosť svetla. Podľa Fouriera možno funkciu priebehu vlnenia vyjadriť goniometrickým radom

. (4)

Postupným pridávaním ďalších vyšších harmonických, funkcia priebehu f(t) výslednej „výchylky“ sa stáva zložitejšou a môže stratiť i periodický charakter. Vo fyzike pri spektrálnej analýze sme v takej situácii, že pozorujeme výsledné žiarenie systému žiaričov, teda veličinu f ( t ) a musíme zistiť z akých frekvencií w_n sa tento rozruch skladá. Matematicky sa tento problém formuluje rovnicou (4) a príslušná metóda sa nazýva harmonická analýza. V našom prípade množinu frekvencií, z ktorých sa skladá pravá strana rovnice (4) , nazývame frekvenčným spektrom žiarenia.

Spektrum môže byť tvorené radom diskrétnych hodnôt frekvencií a vtedy hovoríme o čiarovom spektre. Ak čiary tvoria zhusťujúce sa sústavy - pásy, hovoríme o pásovom spektre. Pásové a čiarové spektrá sú charakteristické pre žiarenie vysielané atómmi a molekulami. Ak je množina frekvencií spojitá, hovoríme o spojitom spektre. Spojité spektrá pozorujeme u zahriatych pevných látok, ktoré emitujú žiarenie, v ktorom sú zastúpené všetky vlnové dĺžky (resp. frekvencie), avšak s rozdielnymi intenzitami.

Fyzikálne zariadenia, pomocou ktorých sa uskutočňuje fyzikálna harmonická analýza, nazývame spektrálne zariadenia. Využíva sa v nich niektorý z javov, závisiacich od frekvencie, resp. od vlnovej dĺžky. Najznámejším spektrálnym zariadením je hranolový spektrograf. Využíva disperziu svetla pri prechode hranolom. S ďalšími spektrálnymi zariadeniami sa možno oboznámiť v optike.