A fonte de luz varia conforme o tipo de espectrômetro e a região espectral utilizada. Diodos emissores de luz (LEDs) são comuns no espectro visível. Filamentos de tungstênio ou lâmpadas de arco de deutério podem ser usados para espectrômetros ultravioleta. A fonte de radiação pode ser de feixe único ou duplo. Um espectrômetro de feixe único passa toda a luz pela amostra. Uma fonte de feixe duplo divide a luz em dois feixes antes de atingir a amostra: um passa por ela, o outro serve de referência.
A amostra pela qual a luz passa depende da aplicação. Frequentemente usada em química de soluções para determinar presença, concentração e carga de átomos. Por exemplo, luz passando por uma solução com metais de transição pode excitar íons metálicos a outro estado eletrônico, produzindo cores específicas indicativas de sua presença. Luz passando por compostos orgânicos ajuda a determinar se são solúveis em água ou etanol.
O detector fica no final do caminho da luz. Absorve fótons e gera um sinal elétrico; a intensidade do sinal mede a quantidade de fótons absorvidos e, portanto, indica o comprimento de onda. O tipo de detector varia com a região espectral. Um espectrofotômetro, por exemplo, usa um dispositivo de carga acoplada (CCD). Um CCD é um sensor de imagem programado para o intervalo visível de comprimentos de onda.
O interpretador recebe os dados do detector e os apresenta em formato visual. Geralmente, as informações são exibidas em telas de computador na forma de gráficos. Medidas de comprimento de onda ficam tipicamente no eixo x, e transmitância ou absorbância no eixo y, embora o software usado seja específico para o tipo de espectrômetro que coleta os dados.