简单地说，频谱（Frequency spectrum）就是频率分布。
任何表现在空间距离或时间长度上具有复杂变化规律的物理现象（信号）都可以变换到频域中描述，分解成有限数量以不同幅值的频率表示的谐波分量，所分解出频率成分的幅值与频率的关系曲线称为频率分布，即频谱。
理论上，当谐波数量达到无穷大时，傅里叶变化就能够形成对物理现象原空域或时域表示的准确描述。但理论并不现实，即使应用快速傅里叶变换，允许处理的谐波数量也是有限的，所以分解成有限数量的谐波成分叠加是实践中切实可行的办法，只要叠加效果与原信号足够近似即可。
物理信号往往蕴含着能量，且能量常与物理量的平方成正比。比如，质量为m的质点或刚体以速度v运动时的动能为mv2/2。对数字相机或平板扫描仪捕获并输出的图像信号而言，离散的数字似乎与能量没有关系，但数字图像的像素值是由光信号转换而来的，因而可认为图像信号的能量是光能量的间接表示。功率也是能量的一种表示，定义为信号作用范围内的平均能量。
类似地，功率谱定义为信号分解为不同幅值频率的谐波分量时，每个谐波分量对应的信号功率与频率的关系。计算中，每一频率谐波分量的功率与| F（u） |2/n相对应，其中F（u）为信号经傅里叶变换得到的频率为u的谐波分量，| F（u） |代表其幅值，n为归一化因子，许多计算功率谱的软件常默认n为信号的样本数。所以，功率谱即| F（u） |2/n随频率u变化的关系曲线。(www.xing528.com)
在物理学中，信号通常以波的形式表现，如电磁波、随时振动或者声波等。定义这样一个量，将之称为功率谱密度，其含义是当用功率谱密度乘以适当的系数后将得到每单位频率的波携带的功率。由于功率谱和功率谱密度只差一个比例系数，所以有时认为功率谱密度就是功率谱。但实际上两者间还是有细微差别的，功率谱的单位就是功率的单位瓦特（W），而功率谱密度的单位通常为每赫兹瓦特（W/Hz）。
一个二维离散的图像信号，记为g（k，l），其傅里叶变换F（u，v）为
式中，k、l分别表示离散像素值的位置，n、m分别代表图像水平和垂直方向包含的像素数。于是，这个信号对应水平和竖直方向频率分别为u、v的功率谱为
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