Phổ học là ngành học nghiên cứu các vật thể dựa trên phổ màu mà chúng phát ra, hấp thụ, hoặc phản xạ. Phổ học là một công cụ khảo sát quan trọng trong thiên văn học, các nhà khoa học sử dụng công cụ này để phân tích đặc điểm của các vật thể ở xa. Đặc biệt, Typically, phổ học thiên văn sử dụng cách tử nhiễu xạ (diffraction grating) phân tán cao để quan sát phổ ở các độ phân giải phổ rất cao. Heli được phát hiện đầu tiên bắng cách phân tích phổ của Mặt Trời. Các nguyên tố hóa học có thể được nhận dạng trong các thiên thể bằng các đường phát xạ và đường hấp thụ.

Sự chuyển dịch các đường phổ có thể được sử dụng để đo đạc chuyển dịch Doppler (chuyển dịch đỏ hoặc chuyển dịch lam) của các vật thể ở xa.