Инфракра́сная спектроскопи́я — получение и исследование молекулярных спектров в инфракрасной области. Методами инфракрасной спектроскопии изучают колебательные и вращательные спектры молекул и определяют по ним химический состав и структуру молекул. В инфракрасной спектроскопии широкое распространение получило исследование инфракрасных спектров поглощения, которые возникают в результате поглощения инфракрасного излучения при прохождении его через вещество. Это поглощение носит селективный характер и происходит на тех частотах, которые совпадают с собственными частотами колебаний атомов в молекулах вещества и с частотами вращения молекул как целого, а в случае кристаллического вещества — с частотами колебаний кристаллической решетки.
Изучение колебательно-вращательных и чисто вращательных спектров методами инфракрасной спектроскопии позволяет определять структуру молекул, их химический состав, моменты инерции молекул, величины сил, действующих между атомами в молекуле. Вследствие однозначности связи между строением молекулы и ее молекулярным спектром методы инфракрасной спектроскопии используется для качественного и количественного анализа смесей веществ (например, моторного топлива). Изменения параметров инфракрасных спектров (смещение полос поглощения, изменение их ширины, формы, величины поглощения), происходящие при переходе из одного агрегатного состояния в другое, — растворении, изменении температуры и давления, — позволяют судить о величине и характере межмолекулярных взаимодействий.
Инфракрасная спектроскопия находит применение в исследовании строения полупроводниковых материалов, полимеров, биологических объектов и живых клеток. Быстродействующие спектрометры позволяют получать спектры поглощения за доли секунды и используются при изучении быстропротекающих химических реакций.