Un fascio di luce, attraverso dispositivi ottici speciali, come prismi, reticoli, ecc., può essere scomposto in una serie di luci di diverse lunghezze d'onda, e il modello che ne risulta viene chiamato spettro. Lo spettro più comune in natura è l'arcobaleno dopo la pioggia. Il primo a osservare e analizzare attentamente gli spettri fu Newton, che ottenne lo spettro del sole usando un prisma. Successivamente, fisici e astronomi iniziarono a classificare e studiare intensamente gli spettri del sole e delle stelle, acquisendo alcune conoscenze fondamentali sugli spettri. In una specifica posizione del loro spettro si verificano delle linee chiamate linee spettrali. Le proprietà delle linee spettrali sono correlate agli elementi contenuti nell'oggetto celeste, alla loro abbondanza e allo stato di ionizzazione. Sulla base di queste informazioni, gli astronomi, studiando gli spettri delle stelle, hanno gradualmente compreso gli elementi che le compongono e ne hanno determinato le proporzioni.
Man mano che la conoscenza della classificazione degli spettri e dei modelli atmosferici delle stelle è cresciuta, lo spettro è diventato uno strumento non solo per identificare la composizione dell'atmosfera stellare, ma anche per studiare la struttura e l'evoluzione delle stelle. Negli anni '60, con l'ampia diffusione dei computer, gli scienziati hanno acquisito una comprensione più dettagliata dei meccanismi di irradiazione dell'astrofisica. Gli astronomi confrontano gli spettri ottenuti dalle osservazioni con quelli calcolati usando diversi modelli di irradiazione, per dedurre le informazioni nascoste dietro gli spettri. Ad esempio, dallo spettro dei resti di supernova si può determinare in quale fase evolutiva si trova il resto, e dallo spettro infrarosso del sistema protoplanetario si può stimare la fase di crescita della stella e studiare come si formano le stelle.
L'acquisizione degli spettri degli oggetti celesti, in astronomia, si chiama spettroscopia. Con l'aumento del diametro dei telescopi e dei dispositivi di spettroscopia sempre più avanzati, gli astronomi oggi possono effettuare osservazioni spettroscopiche in tutti i campi, dai raggi X ai raggi gamma, passando per i raggi infrarossi e la luce visibile. Gli spettri ottenuti ci sveleranno molti altri misteri dell'universo.