Молекула является квантовой системой, для которой решение уравнения Шредингера должно учитывать: движение электронов в молекуле, колебания атомов молекулы и вращение молекулы. Решение уравнения дает значение энергии изолированной молекулы в следующем виде:

Е » Е_эл + Е_кол + Е_вращ,

где Е_эл – энергия движения электронов относительно ядер; Е_кол – энергия колебаний ядер; Е_вращ – энергия вращения ядер.

Каждая из этих энергий квантуется, что приводит к существенному усложнению молекулярных спектров по сравнению с атомными. Типичные молекулярные спектры – полосатые и различаются на электронно-колебательные, колебательно-вращательные и вращательные спектры.