Методы исследования веществ, изучающие различные колебательные состояния частиц и переходы между этими состояниями относят к методам колебательной спектроскопии. Выделяют два метода – метод инфракрасной спектроскопии (ИК спектроскопия) и метод спектроскопии комбинационного рассеяния света (спектроскопия КР, СКР). Колебательным спектром называется зависимость оптической плотности (А) или пропускания (Т, %) от волнового числа (, см^-1).

Инфракрасную область электромагнитного спектра условно принято делить на ближнюю (~14000 см^-1 – 4000 см^-1), среднюю (4000 см^-1–400 см^-1) и дальнюю (400 см^-1 – 10 см^-1). Переходы между колебательными состояниями основного электронного состояния преимущественно обусловлены поглощением ИК излучения среднего диапазона. В этой области располагаются большинство сигналов органических соединений. В области ближнего ИК диапазона проявляются обертоны основных колебаний и составные частоты. В области дальнего ИК диапазона – характеристические частоты вращательных движений молекул в газах, частоты колебаний в ионных и молекулярных кристаллах, в этой области проявляются колебания связи углерод–металл и, для ряда металлов, кислород–металл.

При рассмотрении колебаний пользуются методами классической механики. Многоатомную молекулу, содержащую N атомов, условно рассматривают как набор точечных масс, центрами которых являются ядра. Все ядра в такой системе совершают сложное колебательное движение. Потенциальную энергию системы можно приблизительно представить в виде суммы потенциальных энергий химических связей и валентных углов и с помощью законов классической механики в гармоническом приближении описать набором силовых постоянных характеризующих жесткости связей и валентных углов, учитывая взаимодействие колебаний.

Такой подход позволяет сложное колебательное движение многоатомной молекулы представить в виде набора нормальных колебаний. Нормальными колебаниями называются независимые периодические движения ядер в молекуле, совершающиеся по закону гармонического осциллятора, при которых все ядра одновременно проходят через положение равновесия. При таких движениях центр масс в молекуле не смещается. Число нормальных колебаний молекулы соответствует числу ее степеней свободы. Нелинейная молекула, содержащая N атомов, имеет 3N-6 основных (нормальных) колебаний, линейная молекула – 3N-5. Вращение линейной молекулы вокруг оси, проходящей через ядра молекулы, не связано с изменением ее степени свободы. Кроме полос, отвечающих нормальным колебаниям, их называют основные тоны, в спектре проявляются полосы с частотами, кратными частотам основного колебания (обертоны), и частотами, являющимися суммой и разностью частот основных колебаний (составные частоты). Обертоны и составные частоты имеют невысокую интенсивность, при совпадении их частот интенсивности полос увеличиваются. Такое увеличение интенсивности полос называют резонансом Ферми.