Trillingsspectroscopie kijkt naar de verschillen in energie tussen de trillingsmodi van een molecuul. Deze zijn groter dan de roterende energietoestanden. Deze spectroscopie kan een directe maatstaf geven voor de hechtsterkte. De trillingsenergieniveaus kunnen worden verklaard met behulp van twee atomen moleculen. Bij een eerste benadering kunnen moleculaire trillingen worden benaderd als eenvoudige harmonische oscillatoren, met een bijbehorende energie die bekend staat als trillingsenergie.