Spektroskopie bezeichnet eine Gruppe analytischer Methoden, bei denen die Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlen mit Materie genutzt wird, um strukturelle, chemische und elektronische Eigenschaften von Werkstoffen zu bestimmen. Gemessen werden in der Regel spektrale Verteilungen von Intensität in Abhängigkeit von Wellenlänge, Energie oder Frequenz.

Grundlegend beruht Spektroskopie auf quantisierten Übergängen zwischen Energieniveaus in Atomen, Molekülen oder Festkörpern. Abhängig vom genutzten Spektralbereich (z. B. Röntgen, UV/Vis, Infrarot, Terahertz) und dem physikalischen Kontrastmechanismus (Absorption, Emission, Streuung, Impedanzantwort) werden unterschiedliche Informationen zugänglich: chemische Zusammensetzung, Bindungszustände, Phasenzusammensetzung, Defektstrukturen, Ladungsträgerdynamik oder Korrosions- und Alterungszustände.

Beispiele sind die FTIR-Spektroskopie zur Analyse funktioneller Gruppen in Polymeren, Raman-Spektroskopie zur Untersuchung von Kristallstruktur und Spannungszuständen, Röntgenabsorptionsspektroskopie für lokale Atomumgebungen und Oxidationszustände oder Energiedispersive Röntgenspektroskopie zur elementaren Mikroanalyse im Elektronenmikroskop. Elektrochemische Impedanzspektroskopie erweitert den Begriff auf frequenzabhängige elektrische Antwortfunktionen, etwa in Batterien oder Korrosionssystemen.

In der modernen Werkstoffforschung werden verschiedene Spektroskopien häufig komplementär eingesetzt, um multiskalige Struktur-Eigenschafts-Beziehungen abzuleiten. Zentrale Herausforderungen liegen in der quantitativen Auswertung, der Korrelation mit Modellen (z. B. DFT, Kontinuumsmodelle) sowie in in-situ- und operando-Spektroskopie unter realitätsnahen Einsatzbedingungen.