在19世紀早期，Joseph von Fraunhofer用色散光譜儀進行了實驗，使光譜學成為一種更精確和定量的科學技術。從那時起，光譜學已經在化學中發揮重要作用。

Joseph von Fraunhofer透過用衍射光柵代替稜鏡作為波長色散源，取得了重大的實驗性飛躍。弗勞恩霍夫建立了Thomas Young，FrançoisArago和Augustin-Jean Fresnel開發的光干涉理論。他進行了自己的實驗，以證明光線透過單個矩形狹縫，兩個狹縫等的效果，最終開發出一種緊密間隔數千個狹縫以形成衍射光柵的方法。衍射光柵所實現的干擾都提高了光譜解析度在稜鏡上並允許量化分散的波長。Fraunhofer建立的量化波長標準為多個實驗室（多種來源（火焰和太陽）和不同儀器）中觀察到的光譜匹配鋪平了道路。弗勞恩霍夫製作並發表了有關太Sunny譜的系統觀測資料，他觀察到的暗帶和指定的波長仍被稱為弗勞恩霍夫線。

在整個19世紀早期，許多科學家推動了光譜學的技術和理解。 在19世紀20年代，John Herschel和William HF Talbot使用火焰光譜法對鹽進行了系統觀察。

1835年，Charles Wheatstone報告說，不同的金屬可以透過其火花發射光譜中的不同亮線輕鬆區分，從而為火焰光譜學引入了另一種機制。 1849年，JBL Foucault實驗證明，出現在相同波長的吸收和發射線都是由於相同的材料，兩者之間的差異源於光源的溫度。1853年，瑞典物理學家安德斯喬納斯Ångström他在瑞典皇家科學院的OptiskaUndersökningar（光學調查） 工作中提出了有關氣體光譜的觀察和理論。 Ångström假定白熾氣體發出的光線與它能吸收的波長相同。Ångström沒有意識到Foucalt的實驗結果。與此同時，喬治斯托克斯和威廉湯姆森（開爾文）正在討論類似的假設。 Ångström還測量了後來標記為Balmer線的氫的發射光譜。 1854年和1855年，大衛阿爾特發表了關於金屬和氣體光譜的觀察，包括對Balmer氫氣線的獨立觀察。

Kirchhoff和Bunsen的光譜儀

光譜與化學元素的系統歸屬始於19世紀60年代德國物理學家古斯塔夫·基爾霍夫和化學家羅伯特·本森的作品。本生和基爾霍夫應用Fraunhofer的光學技術，本生改進的火焰源和高度系統的實驗程式來詳細檢查化合物的光譜。他們建立了化學元素與其獨特光譜模式之間的聯絡。在此過程中，他們建立了分析光譜技術。1860年，他們發表了關於八種元素光譜的研究結果，並確定了這些元素在幾種天然化合物中的存在。[25][26] 他們證明光譜學可以用於痕量化學分析，他們發現的一些化學元素以前是未知的。Kirchhoff和Bunsen最終確定了吸收線和發射線之間的聯絡，包括根據相應的光譜將太陽吸收線歸因於特定元素。[27]基爾霍夫繼續對光譜吸收和發射的性質做出基礎研究，包括現在所知的基爾霍夫熱輻射定律。基爾霍夫在光譜學的三個定律中捕獲了該定律在光譜學中的應用：

高壓下的白熾固體，液體或氣體發出連續光譜。低壓下的熱氣體發出“亮線”或發射線譜。透過冷卻的低密度氣體觀察的連續光譜源產生吸收譜光譜。

在19世紀60年代，威廉和瑪格麗特哈金斯的夫妻團隊使用光譜學來確定恆星是由與地球上發現的相同的元素組成的。

August Beer觀察到光吸收和濃度之間的關係，並建立了顏色比較器，後來被稱為分光光度計的更精確的裝置取代。

19世紀末期（1870年至1899年）

約翰·巴爾默於1885年發現，四條可見的氫氣系列是一系列可以用整數表示的系列的一部分。幾年之後，裡德伯格公式對此進行了描述，該公式描述了另外一系列的線條。

同時，Maxwell（1873）對過去實驗的實質性總結產生了他的電磁波方程。

1913年，Niels Bohr發表了氫原子理論，可以解釋由於電子從不同能態轉變而觀察到的譜線波長。1937年，“E. Lehrer建立了第一臺全自動光譜儀”，以幫助更準確地測量光譜線。隨著光電探測器等更先進儀器的發展，科學家們可以更準確地測量物質的特定波長吸收。