Un haz de luz, a través de dispositivos ópticos especiales, como prismas, rejillas, etc., puede descomponerse en una serie de luces de diferentes longitudes de onda, y el patrón que forman se llama espectro. El espectro más común en la naturaleza es el arcoíris después de la lluvia. El primero en observar y analizar cuidadosamente el espectro fue Newton, quien obtuvo el espectro solar mediante un prisma. Más tarde, los físicos y astrónomos comenzaron a clasificar y estudiar en profundidad el espectro solar y el de las estrellas, obteniendo algunos conocimientos básicos sobre el espectro. En una posición específica de su espectro, se producen líneas características llamadas líneas espectrales. La naturaleza de estas líneas está relacionada con los elementos contenidos en el objeto celeste, así como con su abundancia y estado de ionización. Siguiendo esta pista, los astrónomos, mediante el estudio del espectro estelar, han ido conociendo gradualmente los elementos que componen estas estrellas y han determinado sus proporciones relativas.
A medida que la clasificación del espectro y la comprensión de los modelos atmosféricos estelares han avanzado, el espectro no solo se utiliza para identificar la composición elemental de la atmósfera estelar, sino también para estudiar la estructura y evolución de las estrellas. En la década de 1960, con el uso generalizado de las computadoras, los científicos obtuvieron una comprensión más detallada de los mecanismos de radiación astrofísica. Los astrónomos comparan los espectros obtenidos mediante observaciones reales con los calculados a partir de diferentes modelos de radiación, para deducir la información subyacente al espectro. Por ejemplo, a través del espectro de los restos de supernova, se puede determinar en qué fase de evolución se encuentra este remanente; a través del espectro infrarrojo de los sistemas protoplanetarios, se puede estimar la fase de crecimiento de la protoestrella y estudiar cómo nacen las estrellas.
La obtención del espectro de un objeto celeste se conoce en astronomía como espectroscopia. Con telescopios cada vez más grandes y equipos de espectroscopia más avanzados, los astrónomos ahora pueden realizar observaciones espectroscópicas en todos los rangos de longitud de onda, desde la radio y el infrarrojo hasta la luz visible y los rayos gamma de alta energía. Los espectros obtenidos nos revelarán aún más misterios del universo.