Om het infraroodspectrum van een monster te bepalen wordt een fijne bundel infrarood licht door het monster geschenen. Door vergelijking met een referentiebundel met dezelfde lichtintensiteit wordt gemeten hoeveel van het licht van elke frequentie door het monster wordt geabsorbeerd. Men bepaalt zo de absorptie van golven met een golflengte van 2.5 micrometer tot 17 micrometer (in de infraroodspectroscopie wordt dit vaak uitgedrukt als het aantal golven per centimeter: 600 cm-1 tot 4000 cm-1 ).

Met behulp van moderne infraroodspectrometers, chemometrie en spectrale databanken kan uit een volledig infraroodspectrum een verbinding meestal uniek worden herkend.

Door de absorptie van een bepaalde frequentie over de tijd te volgen, kan de hoeveelheid of de precieze aard van een chemische binding worden gevolgd. Dit kan bijvoorbeeld worden gebruikt om een polymerisatiereactie te volgen. Een modern apparaat kan een heel spectrum tot wel 30 keer per seconde opnemen, indien gewenst ook tegelijk met andere analyses.

Door gebruik te maken van de karakteristieke absorptie van specifieke stoffen, kan infraroodspectroscopie ook gebruikt worden voor de continue meting van de aanwezigheid van bepaalde componenten, zoals de concentratie van stikstofoxiden of koolmonoxide in rookgassen.