子物理学中最重要的实验手段是光谱分析。分子谱和原子谱的最大区别是，除了组成原子的原子能级之外，还有分子本身的转动和振动能级。除了从原子得知的电子激发态以外，分子可以旋转与震动。由于这些旋转与震动具有量子性质，伴随的能级也是离散的。纯旋转运动光谱是在红外线谱域（波长大约为30-150微米）；震动光谱是在近红外线（）谱域（大约为1-5微米）；电子跃迁光谱是在可见光和紫外线谱域。从测量旋转运动和震动光谱，可以获得分子的物理性质，例如，原子核与原子核之间的距离。原子物理学的原子轨域理论，在分子物理学里，扩展