La espectroscopia vibratoria examina las diferencias de energía entre los modos vibracionales de una molécula. Estos son más grandes que los estados de energía rotacional. Esta espectroscopía puede proporcionar una medida directa de la fuerza de la unión. Los niveles de energía de vibración se pueden explicar utilizando moléculas diatómicas. En una primera aproximación, las vibraciones moleculares se pueden aproximar como osciladores armónicos simples, con una energía asociada conocida como energía vibratoria.