Một trong những khái niệm trung tâm trong quang phổ là cộng hưởng và tần số cộng hưởng tương ứng của nó. Cộng hưởng đầu tiên được đặc trưng trong các hệ thống cơ khí như con lắc . Các hệ thống cơ học dao động hoặc dao động sẽ trải qua các dao động biên độ lớn khi chúng được điều khiển ở tần số cộng hưởng của chúng. Một biểu đồ biên độ so với tần số kích thích sẽ có cực đại tập trung tại tần số cộng hưởng. Biểu đồ này là một loại phổ, với cực đại thường được gọi là một vạch phổ và hầu hết các vạch phổ có bề ngoài tương tự nhau.

Trong các hệ cơ học lượng tử, cộng hưởng tương tự là sự ghép của hai trạng thái đứng yên cơ học lượng tử của một hệ, chẳng hạn như một nguyên tử , thông qua một nguồn năng lượng dao động như photon . Sự kết hợp của hai trạng thái mạnh nhất khi năng lượng của nguồn khớp với chênh lệch năng lượng giữa hai trạng thái. Năng lượng  {\ displaystyle (E)}  của một photon có liên quan đến tần số của nó  {\ displaystyle (\ nu)}  bởi  {\ displaystyle E = h \ nu}  Ở đâu  {\ displaystyle h}  là hằng số của Planck , và do đó, phổ của đáp ứng hệ thống so với tần số photon sẽ đạt cực đại ở tần số hoặc năng lượng cộng hưởng. Các hạt như electron và neutron có mối quan hệ tương đương, mối quan hệ de Broglie , giữa động năng của chúng với bước sóng và tần số của chúng và do đó cũng có thể kích thích các tương tác cộng hưởng.

Quang phổ của các nguyên tử và phân tử thường bao gồm một loạt các vạch quang phổ, mỗi vạch đại diện cho sự cộng hưởng giữa hai trạng thái lượng tử khác nhau. Giải thích của loạt bài này, và các mô hình quang phổ liên quan đến chúng, là một trong những điều bí ẩn thử nghiệm thúc đẩy sự phát triển và chấp nhận cơ học lượng tử. Chuỗi phổ hydro nói riêng lần đầu tiên được giải thích thành công bằng mô hình lượng tử Rutherford-Bohr của nguyên tử hydro. Trong một số trường hợp, các vạch quang phổ được phân tách và phân biệt tốt, nhưng các vạch quang phổ cũng có thể trùng nhau và dường như là một sự chuyển tiếp duy nhất nếu mật độ của các trạng thái năng lượng đủ cao. Loạt tên là dòng bao gồm chủ yếu , sắc nét , khuếch tán và hàng loạt cơ bản.