Spektroskop (optyczny) to, trochę poetycko, urządzenie którym bada się tęczę. Wiązka światła widzialnego składa się z różnych kolorów. Za pomocą spektroskopu można rozszczepić wiązkę na poszczególne kolory i analizować ich intensywność. Tęcza to inaczej widmo promieniowania świetlnego, a spektroskop to przyrząd za pomocą którego bada się widmo odpowiadające danemu rodzajowi promieniowania.

Metodami spektroskopowymi można analizować skład chemiczny różnych substancji. Promieniowanie, którego widmo znamy, przechodząc przez badaną substancję ulega osłabieniu, ponieważ jego część zostanie pochłonięta przez cząsteczki, z których składa się ta substancja. Niektóre kolory „tęczy” będą więc mniej intensywne. Na przykład sód pochłania część promieniowania o kolorze żółtym. Jeżeli w badanym widmie widoczne są dwa ciemne prążki w okolicy barwy żółtej to oznacza to, że badana substancja zawiera atomy sodu. Stąd wiadomo na przykład, że atomy sodu znajdują się w atmosferze Słońca. Spektroskopem można również badać widmo emitowane przez różne substancje. W przypadku sodu będą to dwie blisko siebie położone żółte linie, a promieniowanie emitowane przez wodór zidentyfikować można w zakresie widzialnym jako cztery charakterystyczne  prążki – dwa o barwie fioletowej, jeden niebieski i jeden czerwony.

Zasada działania spektroskopu opiera się na ważnym odkryciu dotyczącym natury światła, zgodnie z którą światło jest falą elektromagnetyczną, czyli rozchodzącymi się w czasie i przestrzeni spójnymi oscylacjami pól elektrycznego i magnetycznego. Kolor który widzimy to promieniowanie o określonej długości fali, więc tęcza jest zarejestrowanym obrazem promieniowania rozłożonego na fale o różnej długości. Aby rozłożyć światło na poszczególne składowe użyć można pryzmatu, ponieważ kąt załamania światła na granicy dwóch ośrodków (np. powietrza i szkła) zależy od długości fali.

Ponadto, ponieważ światło jest falą, to przechodząc przez odpowiednio wąską szczelinę ulegnie ugięciu (dyfracji), które również zależne jest od długości fali. Przepuszczenie promieniowania przez siatkę dyfrakcyjną, czyli układ wielu wąskich szczelin, to inny sposób pozwalający na rozłożenie światła na składowe.

Pryzmat albo siatka dyfrakcyjna to podstawowy element budowy spektroskopu. Pozostałe elementy tworzą układ optyczny formujący odpowiednio wiązkę światła. Pierwszy z nich to kolimator – czyli tuba ze szczeliną o regulowanej szerokości, przez którą wpada światło i soczewką na drugim końcu. Dzięki kolimatorowi wiązka światła  padająca na pryzmat (lub siatkę dyfrakcyjną) jest równoległa. Po przejściu przez pryzmat (lub siatkę dyfrakcyjną) wiązka wpada do lunety. Znajdujący się w niej układ soczewek umożliwia oglądanie obrazu szczeliny w kolorach, z których składa się padające na nią światło.

Historycznie spektroskopem nazywano urządzenie do wizualnej obserwacji widma, spektrometr zawierał dodatkowo podziałkę ułatwiającą odczytanie długości fali odpowiadającej różnym kolorom, natomiast spektrografy zapisywały wynik pomiaru np. na kliszy fotograficznej. Obecnie podział ten zanika, ponieważ wszystkie te przyrządy mają wbudowane urządzenia rejestrujące.

O ile spektroskop utożsamiany jest z pomiarem zakresu widzialnego widma, lub bliskiego widzialnemu, o tyle spektrometr jest pojęciem szerszym. Poza spektrometrem optycznym istnieją inne spektrometry badające różne rodzaje promieniowania. Urządzenia te różnią się budową i funkcją. Na przykład spektrometr mas służy m.in. do pomiaru mas atomowych pierwiastków i mas cząsteczkowych związków chemicznych, spektrometr gamma bada widmo krótkofalowego promieniowania pochodzącego m.in. od ciał niebieskich.