Ein Spektrometer ist ein analytisches Messgerät, das die Intensitätsverteilung einer physikalischen Strahlung (häufig elektromagnetische Strahlung oder Ionenstrahlen) in Abhängigkeit von einer Ordnungsgröße – typischerweise Wellenlänge, Frequenz oder Masse-zu-Ladung-Verhältnis – bestimmt. In der Werkstofftechnik dienen Spektrometer der quantitativen und qualitativen Bestimmung der chemischen Zusammensetzung, der elektronischen Struktur, von Defekten sowie von Phasen- und Oberflächeneigenschaften.

Klassische wellenlängendispersive Spektrometer nutzen Brechung oder Beugung (Prismen, Gitter), um Spektralkomponenten räumlich aufzulösen. Sie kommen u.a. in der Röntgenfluoreszenzanalyse (WDS-XRF) und in Elektronenstrahl-Mikrosonden zum Einsatz, wo hohe spektrale Auflösung und Präzision bei der Elementanalytik gefordert sind. Demgegenüber arbeiten Fourier-Transform- oder Raumheterodyn-Spektrometer mit Interferenzprinzipien: Die spektrale Information wird über räumliche Interferogramme kodiert und rechnerisch zurückgewonnen. Dies erlaubt kompakte Aufbauten und hohe spektrale Auflösung, etwa für Fernerkundung oder in-situ-Prozessdiagnostik.

Massenspektrometer, z.B. das Quadrupol-Massenspektrometer, trennen geladene Teilchen nach ihrem Masse-zu-Ladung-Verhältnis mittels elektrischer und/oder magnetischer Felder. In der Materialanalytik werden sie u.a. in der Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS), der Glimmentladungs-Massenspektrometrie (GD-MS) oder zur Restgasanalyse in Vakuumsystemen verwendet und erlauben Spuren- und Tiefenprofilanalytik.

Wesentliche Leistungskennzahlen von Spektrometern sind spektrale Auflösung, Empfindlichkeit, Dynamikbereich, Nachweisgrenzen, zeitliche Auflösung sowie Strahlungs- bzw. Teilchenakzeptanz. Die Auswahl eines geeigneten Spektrometers in der Werkstofftechnik erfolgt stets anwendungsbezogen, unter Abwägung von Messgeschwindigkeit, Nachweisgrenzen, Matrixeffekten und Integrationsmöglichkeit in bestehende Prozess- oder Laborumgebungen.