光は、特殊な光学機器（例えば、三角形のレンズ、回折格子など）を通過すると、異なる波長の光に分解されます。そのパターンをスペクトルと呼びます。自然界で最も一般的なスペクトルは、雨後の虹です。最初にスペクトルを入念に観察し、分析したのはニュートンでした。彼は三角形のレンズを使って太陽のスペクトルを取得しました。その後、物理学者や天文学者は、太陽のスペクトルと星のスペクトルを大規模に分類・研究し、基本的なスペクトル知識を得ました。スペクトルの特定の位置に生じる特定の線をスペクトル線と呼びます。スペクトル線の性質は、星に含まれる元素とその丰度、イオン化状態に関連しています。この手がかりを手に、天文学者は星のスペクトルを研究することで、星の構成要素を理解し、その組成比率を特定するようになりました。
光のスペクトル分類や星の大気モデルに関する理解が深まるにつれ、スペクトルは星の大気の元素組成を特定するだけでなく、星の構造や進化を研究するためのツールとしても利用されるようになりました。1960年代には、コンピュータの普及に伴い、天体物理学の放射メカニズムについてより詳細な理解が得られました。天文学者は、実際に観測されたスペクトルとさまざまな放射モデルから計算されたスペクトルを比較し、スペクトルに含まれる情報を推測するようになりました。例えば、超新星残骸のスペクトルから、その超新星残骸がどの進化段階にあるかを判断したり、原始星系の赤外スペクトルから、原始星の成長段階を推測し、星の誕生過程を研究することができます。
天体のスペクトルを取得することを分光といいます。望遠鏡の口径が大きくなり、分光装置が高度化するにつれ、現在では電波、赤外線、可視光から高エネルギーガンマ線まで、あらゆる波長で分光観測が可能になっています。得られたスペクトルは、宇宙のさらなる謎を解き明かしてくれるでしょう。