中一个很重要的方法是，将原子物理学中原子轨道理论延伸为分子轨道理论。分子物理学通常关注分子中的原子过程，同时也关注不同分子结构带来的影响。除了原子中存在电子的激发态，分子也存在不同的转动或振动激发态。这些转动或振动过程也是量子化的，它们存在分立的能级。不同的转动量子态中存在的最小的能量差所对应的谱线通常在远红外区域(大约30-150微米波长)，这也是纯的分子转动谱线的特征，而振动谱线通常处于近红外区域（约1-5微米）。这种光谱特性导致电子跃迁对应的光子能量通常在可见光和紫外区域。通过测量分子的