Absorpční spektrum materiálu ukazuje zlomek dopadajícího elektromagnetického záření pohlceného materiálem v rozsahu frekvencí. Absorpční spektrum je v jistém smyslu inverzní k emisnímu spektru.
Každý chemický prvek má absorpční čáry na několika konkrétních vlnových délkách, které odpovídají rozdílům mezi energetickými hladinami jeho atomových orbitalů. Například objekt, který pohlcuje modré, zelené a žluté světlo, se při pohledu pod bílým světlem objeví červený. Absorpční spektrum lze proto použít k identifikaci prvků přítomných v plynu nebo kapalině. Tato metoda se používá k odvození přítomnosti prvků ve hvězdách a jiných plynných objektech, které nelze měřit přímo.
Absorpční spektrum pozorované Hubbleovým vesmírným dalekohledem
Atomy a molekuly mohou měnit stavy, když absorbují určité množství energie. Atomové stavy jsou definovány uspořádáním elektronů v atomových orbitalech. Elektron v nějakém orbitalu může být excitován na energetický orbital tím, že absorbuje přesně jeden foton, který má energii rovnající se energetickému rozdílu obou orbitalů.
Molekulární stavy jsou definovány režimy vibrací a rotace molekuly. Tyto vibrační a rotační režimy jsou kvantovány podobně jako atomové orbitaly a mohou být excitovány pohlcením jednotlivých fotonů.
V atomárním i molekulárním případě excitované stavy netrvají: po určité náhodné době se atomy a molekuly vracejí zpět do původního stavu s nižší energií. V atomech se excitovaný elektron vrací do nižšího orbitalu a vyzařuje foton. V molekulách se rozpadá vibrační nebo rotační režim, který také vyzařuje foton.