Луч света, проходя через специальные оптические приборы, такие как призмы, решётки и т. д., может быть разделён на ряд лучей разной длины волны, образующих узор, который называется спектром. Самый распространённый в природе спектр — это радуга после дождя. Первым, кто тщательно изучил и проанализировал спектры, был Ньютон. Он получил солнечный спектр с помощью призмы. Позже физики и астрономы начали проводить масштабные исследования и классификацию спектров Солнца и звёзд, получив некоторые базовые знания о спектрах. Определённые линии в спектрах, называемые линиями поглощения, образуются в определённых местах и зависят от содержания элементов в звёздах, их концентрации и степени ионизации. Основываясь на этом, астрономы с помощью изучения спектров звёзд постепенно узнали, из каких элементов состоят эти звёзды, и определили их пропорции.
По мере того как человечество лучше понимало классификацию спектров и модели атмосфер звёзд, спектры стали использоваться не только для определения состава атмосфер звёзд, но и для изучения их структуры и эволюции. В 1960-х годах с широким распространением компьютеров учёные получили более детальное представление о радиационных механизмах астрофизических объектов. Астрономы сравнивали фактически полученные спектры с теми, которые были рассчитаны с помощью различных моделей излучения, чтобы вывести скрытую информацию из спектров. Например, по спектру остатков сверхновых можно определить, на каком этапе эволюции находится этот остаток, а по инфракрасному спектру протопланетной системы — предположить, на каком этапе роста находится протозвезда и как формируются звёзды.
Получение спектров астрономических объектов называется спектроскопией. С увеличением апертуры телескопов и усовершенствованием спектроскопического оборудования сейчас астрономы могут проводить спектроскопические наблюдения во всех диапазонах: от радио и инфракрасного до видимого и высокоэнергетического гамма-излучения. Полученные спектры помогут нам раскрыть ещё больше тайн Вселенной.