Une lumière, à travers des dispositifs optiques spéciaux tels que des prismes, des réseaux de diffraction, etc., peut être décomposée en une série de lumières de différentes longueurs d'onde, et le motif formé par ces lumières est appelé spectre. Le spectre le plus courant dans la nature est l'arc-en-ciel après la pluie. Le premier à avoir observé et analysé attentivement les spectres était Newton, qui a obtenu le spectre du soleil à l'aide d'un prisme. Par la suite, les physiciens et les astronomes ont commencé à classer et à étudier en profondeur les spectres du soleil et des étoiles, et ont acquis certaines connaissances de base sur les spectres. À un endroit spécifique de leur spectre, certaines lignes apparaissent, appelées raies spectrales. La nature de ces raies est liée aux éléments contenus dans l'objet céleste, ainsi qu'à leur abondance et à leur état d'ionisation. Sur cette base, les astronomes ont progressivement compris les éléments qui composent ces étoiles et déterminé leurs proportions respectives en étudiant les spectres des étoiles.
À mesure que la connaissance des classifications spectrales et des modèles atmosphériques des étoiles s'est approfondie, le rôle du spectre n'a plus été seulement d'identifier la composition élémentaire de l'atmosphère des étoiles, mais aussi d'étudier leur structure et leur évolution. Dans les années 1960, avec l'utilisation généralisée des ordinateurs, les scientifiques ont acquis une compréhension plus détaillée des mécanismes de rayonnement en astrophysique. Les astronomes ont comparé les spectres obtenus par observation avec ceux calculés à l'aide de différents modèles de rayonnement afin d'inférer les informations contenues dans le spectre. Par exemple, en étudiant le spectre des restes de supernova, on peut déterminer à quel stade d'évolution se trouve ce reste de supernova ; en étudiant le spectre infrarouge des systèmes proto-étoiles, on peut estimer la phase de croissance de la proto-étoile et étudier comment les étoiles sont nées.
L'obtention du spectre d'un objet céleste est appelée spectroscopie en astronomie. Avec l'augmentation du diamètre des télescopes et l'amélioration des équipements de spectroscopie, les astronomes peuvent maintenant effectuer des observations spectroscopiques dans toutes les gammes de fréquences, du rayonnement radio à l'infrarouge, en passant par la lumière visible et les rayons gamma de haute énergie. Les spectres obtenus révéleront encore plus de mystères de l'univers.