分子中特征基團吸收不同波段的電磁輻射后表現出特征振動，會在相應的紅外波段上對應于的特征吸收峰。
以簡單的雙原子分子為例，根據量子力學原理，兩個原子之間的振動能是量子化的，也就是說存在著能級。兩個能級之間的差值對應于分子的振動能。
當分子吸收電磁輻射后，分子的能量會升高，這個過程叫做分子的激發。如果激發的能量對于與兩個振動態的能級差，那么這個分子就正好吸收這個能級差的能量，對于與光譜上就出現一個吸收峰。而振動能的大小正位于紅外區，所以，紅外光譜對應于分子的振動。
分子中不同的特征基團的振動能級的能量差有區別，所以會吸收不同波段的電磁輻射，因而在光譜上表現出不同位置的吸收峰。而相同特征基團的能級的能量差是基本相同的，所以光譜上的吸收峰的位置會相對固定(當然，周圍基團或者環境會對特征基團的能級有微小的影響，在光譜上會稍有偏移)。這就是紅外光譜定性分析的依據。