Колебательная спектроскопия изучает разницу в энергии между колебательными модами молекулы. Они больше, чем состояния вращательной энергии. Эта спектроскопия может обеспечить прямое измерение прочности связи. Уровни энергии колебаний можно объяснить с помощью двухатомных молекул. В первом приближении колебания молекул можно представить как простые гармонические осцилляторы с соответствующей энергией, известной как энергия колебаний.