分子中包含原子和电子，分子、原子和电子都是具有能量且运动着的物质。
分子内有三种形式的运动状态能量：电子的运动能量Ee 、原子的运动能量Ev以及分子的转动能量Ej，则分子能量的总和E为
当一定频率的光穿过待测气体时，待测气体中的分子吸收一个具有一定能量的光量子，完成较低能级基态 E1到较高能级基态 E2的跃迁，被吸收光子的能量必须与分子跃迁前后的能量差完全相等，否则不能被吸收。
不同的分子受到辐射时有着不同的振动方式， 所以结构不同的两种物质必然会有两种不同的吸收光谱。图1是根据HITRAN数据库模拟的几种常见气体分子的吸收谱线。
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