物质的分子在不断运动，分子本身的运动很复杂，可以分为分子平动、转动、振动和分子价电子绕原子核运动等。平动是温度的函数，由于分子在平动时不会发生偶极矩的变化，不会产生光谱。转动能级间隔最小（ΔE＜0.5eV），会产生相应的红外或微波吸收光谱，但主要在远红外区。振动能级间隔较大（ΔE=0.05～1.0eV），产生振动能级的跃迁需要吸收较短波长的光，因此，分子的振动吸收光谱主要在中红外区，且在振动跃迁的过程中往往伴随转动跃迁，因此中红外光谱是分子的振动和转动联合作用引起的，通常被称为分子的振―转光谱。分子中电子能级间隔更大，光谱出现在可见、紫外或波长更短的光谱区。
分子产生红外吸收光谱必须满足两个条件：一是分子振动或转动必须产生瞬时偶极矩变化，分子吸收红外辐射的强度与吸收跃迁概率有关，分子振动时偶极矩发生瞬间变化使分子具有红外活性；二是分子的振动频率与红外辐射的频率相同时才会发生红外辐射吸收。分子内的原子在其平衡位置上处于不断的振动状态，对于非极性双原子分子（如H2、O2、N2等），分子的振动不能引起偶极矩的变化，因此不产生红外吸收。
除了振动模式全为对称振动的分子之外，几乎所有的有机化合物和许多的无机化合物都具有相应的红外吸收光谱，具有很强的特征性，具有不同结构的化合物具有不同的红外吸收光谱，其吸收峰与分子中各基团的振动相对应。因此，利用红外吸收光谱可以确定化学基团，鉴定未知物的结构。
1.分子的基本振动模式
双原子分子可以看成是用弹簧连接起来的两个小球，可以视为简谐振动，其振动符合胡克定律，计算双原子分子的振动频率公式可表示为
式中，k为力常数（键强度），N/cm；μ为折合质量。对于质量相近的基团，力常数随三键、双键和单键顺序递减，其振动频率也相应递减，三键为2500～2000cm―1，双键为1800～1600cm―1，单键为1500～700cm―1。对于同一基团，由于改变键长所需要的能量较高，其力常数较变形振动大，因此伸缩振动频率要大于变形振动频率。
多原子分子由于组成原子数目增多，组成分子的键、基团和空间结构不同，使得多原子分子有多种振动方式，不仅有伸缩振动，还有键角发生变化的弯曲振动等。可以把复杂的振动分解为许多简单的基本振动，即简正振动。分子中任何的复杂振动都可以看作简正振动的线性组合。
一般将振动形式分为两类：伸缩振动和弯曲振动。伸缩振动可以分为对称伸缩振动和不对称伸缩振动，对于同一基团来说，不对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。弯曲振动是指基团键角发生周期变化而键长不变的振动。弯曲振动可分为面内弯曲和面外弯曲振动，面内弯曲振动又可分为面内剪式振动和面内摇摆振动，面外弯曲振动又可分为面外摇摆振动和面外扭曲振动。
2.基团频率和特征吸收峰
物质的红外光谱反映了分子的结构，谱图中各个吸收峰和分子中各基团的振动相对应。在红外光谱中，每种红外活性的振动都产生一个吸收峰，所以情况十分复杂，下面按波数分段结合最常见的基团讨论。
（1）4000～2500cm―1。由于分子中的X—H、C==X、C≡X伸缩振动频率高，受分子其他部分振动影响小，在4000～1350cm―1区域内基团吸收频率较为稳定，因此上述区域称为基团频率区，利用这一区域的特征吸收带可以推断化合物中可能存在的官能团。其中，4000～2500cm―1为X—H（X==C、N、O、S等）伸缩振动区。(www.xing528.com)
羟基（醇和酚的羟基）的吸收峰在3200～3650cm―1范围。羟基可形成分子间或分子内氢键，而氢键所引起的缔合对红外吸收峰的位置、形状、强度都有重要影响。游离羟基仅存在于气态或低浓度的非极性溶剂的溶液中，其红外吸收在较高波数（3610～3640cm―1），峰形尖锐，当羟基在分子间缔合时，形成以氢键相连的多聚体，键力常数k值下降，因而红外吸收峰移向较低波数3300cm―1附近，峰形较宽。羟基在分子内也可形成氢键，使羟基红外吸收峰移向低波数，羧酸内由于羧基和羟基的强烈缔合，吸收峰的底部可延续到2500cm―1，形成一个很宽的吸收带。特别要注意的是，当样品或溴化钾晶体含有微量水分时，会在3300cm―1附近出现吸收峰，如果含水量较大，1630cm―1处也有吸收峰（羟基无此峰），若要鉴别微量水与羟基，可观察指纹区内是否有羟基的吸收峰，或将干燥后的样品用液体石蜡调糊作图，或将样品溶于溶剂中，以溶液样品作图，从而排除微量水的干扰。游离羟基的吸收峰因在较高波数，且峰形尖锐，因而不会与水的吸收峰混淆。
氨基的红外吸收与羟基类似，游离氨基的红外吸收峰在3300～3500cm―1，伯胺有两个吸收峰，因为它有两个N—H键，有对称和非对称两种伸缩振动，这使得它与羟基形成明显区别，其吸收强度比羟基弱，脂肪族伯胺更是如此。仲胺只有一种伸缩振动，只有一个吸收峰，其吸收峰比羟基要尖锐。芳香仲胺的吸收峰比相应的脂肪仲胺波数偏高，强度较大。叔胺因氮上无氢，在这个区域没有吸收峰。
烃基，C—H键振动的分界线是3000cm―1。不饱和碳（双键及苯环）的碳氢伸缩振动峰大于3000cm―1，饱和碳（除三元环外）的碳氢伸缩振动峰低于3000m―1，这对分析谱图很重要。不饱和碳的碳氢伸缩振动吸收峰强度较低，往往大于3000cm―1，以饱和碳的碳氢吸收峰的小肩峰形式存在。C==C—H的吸收峰在约3300cm―1，峰很尖锐，不易与其他不饱和碳氢吸收峰混淆。饱和碳的碳氢伸缩振动一般可见四个吸收峰，其中两个属于CH3，2960～2870cm―1；两个属于CH2，2925～2850cm―1。由这两组峰的强度可大致判断CH3和CH2的比例。CH3或CH2与氧原子相连时，其吸收峰位置都移向较低波数。同时，在进行未知物的鉴定时，看其红外谱图3000cm―1附近很重要，该处是否有吸收峰，可用于有机物和无机物的区分（无机物无吸收）。
（2）2500～2000cm―1。这是三键和累积双键（C≡≡C、C≡≡N、C==C==C、N==C==O、N==C==S等）的伸缩振动区。在这个区域内，应注意任何小的吸收峰，它们都可以提供结构信息，但也会出现空气背景中未完全扣除的CO2的吸收峰（2365～2335cm―1）。2700～2200cm―1之间还有一重要信息：铵盐。其特征为2700～2200cm―1有一群峰，药物中的此类化学结构比较常见。
（3）2000～1500cm―1。此区域是红外谱图中很重要的区域，是双键伸缩振动区。在这个区域中最重要的是羰基的吸收峰，大部分羰基化合物的羰基吸收峰处于1650～1900cm―1。除去羰酸盐等少数情况外，羰基峰尖锐或稍宽，强度较大，在羰基化合物中的红外谱图中羰基的吸收峰一般都为最强或次强峰。C==C双键的吸收峰在1600～1670cm―1，强度中等或较低。苯环的骨架振动峰在约1450cm―1、1500cm―1、1580cm―1、1600cm―1。杂环和苯环的骨架吸收峰与苯环相似。在这个区域还有C==N、N==O等基团的吸收峰。
（4）1500～1300cm―1。除前面已讲到苯环、杂芳环、硝基等的吸收峰可能进入此区之外，该区域主要提供了C—H弯曲振动的信息。甲基在1380cm―1、1460cm―1同时有吸收峰，当前一吸收峰发生分叉时表示偕二甲基（二甲基连在同一碳原子上）氢谱尚未广泛应用之前，对判断偕二甲基起过重要作用，现在也可以作为辅助手段。
（5）1300～910cm―1。所有单键的伸缩振动峰、分子骨架振动峰都在这个区域。部分含氢基团的一些弯曲振动和一些含重原子的双键（P==O、P==S等）的伸缩振动峰也在这个区域。这是由于弯曲振动的键力常数k较小的，但含氢基团的折合质量也较小，因此某些含氢官能团弯曲振动频率也出现在此区域；而双键的键力常数k大，但两个重原子组成的基团的折合质量也大，所以使其振动频率也出现在这个区域。
（6）910cm―1以下。苯环因取代而产生的吸收是这个区域很重要的内容。这是判断苯环取代位置的主要依据（吸收源于苯环C—H的弯曲振动），但是当苯环上有强极性基团的取代时，常常不能由这一段的吸收判断取代情况。
从前面六个区的讨论我们可以看到，由第1～4区（即4000～1300cm―1）的吸收都有一个共同点：每一红外吸收峰都和一定的官能团相对应。因此，常称这个大区为官能团区。第5和第6区与官能团区不同。虽然在这个区域内的一些吸收也对应着某些官能团，但大量的吸收峰仅显示了化合物的红外特征，犹如人的指纹，故称为指纹区。
由上述可知，红外吸收的六个波段归纳为指纹区和官能团区。存在着这两个大区，既有上述的理论解释，也是实验数据的概括。波数大于1300cm―1的区域为官能团区，波数小于1300cm―1的区域是指纹区。官能团区的每个吸收峰表示某官能团的存在，原则上每个吸收峰均可找到归属。指纹区的吸收峰数目较多，往往其中的大部分不能找到归属，但这大量的吸收峰表示了有机化合物分子的具体特征，犹如人的指纹，可以与标准谱进行比对判断属于何种化合物。但也要注意制样条件也可能引起指纹区吸收的变化。
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