可见光从红外线到紫外线只是电磁波谱中一小段振动范围，但它具有特殊的重要性，因为它是我们眼睛翻译环境信息的主要来源。
约瑟夫·冯·夫琅禾费（1787-1826）于1814年首次在太阳光谱的可见光中注意到所谓的夫琅禾费线。这位德国光学仪器制造师兼物理学家于1815年发明了分光镜，并首次利用光栅研究光的衍射（夫琅禾费衍射）。
当时，这些夫琅禾费线出现在可见光谱中的原因尚不明确。直到很久以后，1860年，罗伯特·威廉·本生（1811-1899）和古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫（1824-1887）才发现，炽热物体发出的光谱线构成了一种特征标记，可用于识别该物体。通过观测太阳光的光谱，他们识别出了地球上存在的几种化学元素，包括铯和铷。太阳含有与地球相同的化学元素，这令人惊讶！
光的历史经历了物理学中一系列重要阶段：克里斯蒂安·惠更斯于1678年提出波动理论，1801年杨氏双缝实验，1814年夫琅禾费谱线，1815年菲涅耳衍射（描述光的波动性质），1850年本生和基尔霍夫的太阳光谱，1864年麦克斯韦电磁学，1895年氦的未知黄线，直至马克斯·普朗克（1900年）和阿尔伯特·爱因斯坦（1905年）对光的粒子性的研究。
光谱学通过提供大量意想不到的信息（往往远超我们的预期）揭示了宇宙的本质。从对颜色——光的一种简单属性——的观测中，我们获得了宝贵的数据。例如，蓝色恒星年轻且极其炽热，与更古老、质量更小、温度更低的红色恒星形成鲜明对比。这一原理同样适用于星系，其主导色调（蓝色或红色）使我们能够估算它们的年龄。
光谱学涉及分析光的频谱，无论是可见光还是不可见光，涵盖从无线电波到伽马射线的所有辐射类型。当我们分解来自天体的光线时，会观察到发射线（黑色背景上的彩色条纹）和吸收线（彩色背景上的暗线）。这些线条反映了光所穿越原子的能级，从而揭示其化学成分。
通过研究这些谱线的厚度，科学家可以确定元素的丰度：谱线越明显，该元素的存在量就越大。光谱学还使我们能够利用多普勒-斐索效应（1842年）测量天体的运动。
借助这些技术，天文学家能够重建恒星、星系、类星体或星际云等各类天体的化学成分、动力学特性乃至结构。光谱学因此成为一扇窥探宇宙奥秘的窗口。
当白光穿过一种化学元素时，它会吸收某些波长，在衍射光谱中显现出暗线。这些吸收线是元素的特征，可作为化学指纹。因此，通过分析恒星大气中的离子后射出的白光，我们可以确定其化学成分。
值得注意的是，一种元素的吸收线与其发射线完全对应（如图所示锂元素的例子）。换言之，元素吸收的辐射与其能发射的辐射波长完全相同。
星系自转：通过测量恒星的光谱偏移，我们重构了星系的旋转曲线。与预期相反，外围恒星的运动速度与中心恒星相当，这揭示了暗物质的存在。
伽马射线暴：这些短暂的伽马辐射闪光（持续数秒）会留下微弱的可见余晖。其光谱揭示了遥远恒星的组成，为我们一窥早期宇宙的样貌提供了可能。正因如此，我们得以知晓可观测宇宙中的物理定律与化学元素具有统一性。
宇宙微波背景辐射：光谱学已证实其温度为2.7开尔文，证明宇宙在过去温度更高。
最后，这项技术并不局限于可见光：它从无线电波（低能量）延伸到X射线和伽马射线（高能量），使其成为探索宇宙的通用工具。
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