Με την εφαρμογή φασματοσκοπίας υπερύθρου σε δείγματα έργων τέχνης επιτυγχάνεται ο χαρακτηρισμός των κατηγοριών τόσο των μορίων οργανικών υλικών που συναντώνται στα έργα τέχνης (όπως είναι αυτά των ξηραινόμενων ελαίων, οι ρητινών, πρωτεϊνών και άλλα)όσο και μορίων ανόργανων συστατικών έργων τέχνης (όπως είναι των χρωστικών, των ορυκτών, κ.α) ή και  μιγμάτων αυτών. 

Η φασματοσκοπία υπερύθρου στηρίζεται στην αλληλεπίδραση της ύλης με το υπέρυθρο φως. Τα διάφορα υλικά απορροφούν διαφορετικές ποσότητες και διαφορετικού μήκους κύματος υπέρυθρης ακτινοβολίας αναλόγως με τους χημικούς δεσμούς που υπάρχουν στο εξεταζόμενο δείγμα. Αυτή η απορρόφηση ή ανάκλαση καταγράφεται υπό τη μορφή ενός φάσματος.

Είναι δυνατή και η παρατήρηση πολυστρωματικών δειγμάτων που έχουν ληφθεί υπό τη μορφή κάθετης τομής αλλά σε αυτή την περίπτωση απαιτείται η χρησιμοποίηση ενός micro –ftir  

Η ερμηνεία των φασμάτων από άγνωστα δείγματα στο φάσμα που λαμβάνεται βασίζεται στη σύγκριση του  φάσματος αυτού με φάσματα γνωστών δειγμάτων που βρίσκονται σε ψηφιακές βιβλιοθήκες. 

H φασματοσκοπία Raman έχει παρεμφερή θεωρία με τη φασματοσκοπία υπερύθρου. Με την φασματοσκοπία Raman είναι εφικτή η ταυτοποίηση των οργανικών υλικών που χρησιμοποιούνται στα έργα τέχνης, όπως είναι διαφόρων ειδών πρωτεΐνες (ζωική κόλλα, αυγό), ξηραινόμενα έλαια (λινέλαιο) οι πολυσακχαρίτες (αραβικό κόμμι), κα. Μπορεί να εφαρμοσθεί και επιτόπου στην επιφάνεια έργων τέχνης. Επίσης είναι δυνατή η ταυτοποίηση ανόργανων υλικών. Η ανάλυση καταγράφεται υπό τη μορφή φάσματος στο οποίο κάθε περιοχή αντιστοιχεί σε συγκεκριμένες μοριακές δονήσεις. Σε ένα φάσμα Raman διακρίνονται χαρακτηριστικές κορυφές ομάδων ατόμων και το σύνολο του φάσματος αποτελεί μια μορφή δακτυλικού αποτυπώματος χαρακτηριστικού της ουσίας που εξετάζεται. 

Η ερμηνεία του φάσματος που οδηγεί στην ταυτοποίηση των συστατικών βασίζεται σε σύγκριση του αγνώστου (υπό εξέταση δείγματος) με διάφορα φάσματα γνωστών ουσιών που έχουν ήδη αναλυθεί.