A espectroscopia vibracional analisa as diferenças de energia entre os modos vibracionais de uma molécula. Estes são maiores do que os estados de energia rotacional. Esta espectroscopia pode fornecer uma medida direta da resistência da ligação. Os níveis de energia de vibração podem ser explicados usando moléculas diatômicas. Para uma primeira aproximação, as vibrações moleculares podem ser aproximadas como osciladores harmônicos simples, com uma energia associada conhecida como energia vibracional.