束光透過特定的光学元件（如棱鏡、光栅等）後，可分解成一列不同波長的光線，這些光線組成的圖案稱為光谱。在自然界中，最常見的光谱是雨後出現的彩虹。第一位仔细观察和分析光谱的人是牛顿，他使用棱鏡獲得了太陽光谱。後來，物理學家和天文學家開始對太陽光谱和恒星光谱進行大量分類和研究，獲得了一些基本的光谱知識。光谱中的特定位置會產生特定的線条，稱為谱线。谱线的特性與天體所含元素及其丰度和電離狀態相关。根據這些線索，天文學家通過研究恒星光谱，逐漸了解了這些恒星的组成元素，并確定了它们的组成比例。
随着人类对光谱分类和恒星大气模型的了解越來越深入，光谱的作用不止是辨別恒星大氣的元素組成，还用于研究恒星结构和演化。到了 20 世紀 60 年代，随着計算機的廣泛應用，科學家對天體物理學的輻射機制有了更細致的了解。天文學家將実際觀察獲得的光谱與使用各種輻射模型計算獲得的光谱進行对比，以推測光谱背后蕴含的信息。例如，通过超新星遺址的光谱，可以判断這個超新星遺址处于演化的哪個階段；通過原恒星系統的红外光谱，可以推測原恒星的成長階段，研究恒星是如何誕生的。
獲得天體的光谱，在天文學中稱為分光。随着望遠鏡口径越來越大，分光設備越來越先进，现在从射電、红外、可见光直至高能伽马射线，天文學家可以在所有波段進行分光觀察。獲得的光谱將為我們揭示更多的宇宙奧秘。