近红外光谱分析中的化学表征主要基于分子振动模式，这些模式揭示了分子内部结构的细节。首先，引入自由度的概念对于理解多原子分子的振动至关重要。一个分子中的每个原子连接需要三个自由度，总共3n，减去平面运动和旋转所需的3个，剩下3n-6个自由度用于描述原子振动。
在这些振动中，伸缩振动是最基本的，按照对称性和非对称性可分为两种，它们沿着化学键移动，产生在近红外光谱中的吸收。弯曲振动包括剪切、摆动、对称扭曲和非对称扭曲，这些运动同样引起光谱吸收，吸收强度与振动的非线性特性相关。
氢原子，由于其小的原子核质量，其化学键振动幅度大，这使得其伸缩振动模式与理想线性谐振子模型有显著差异。在近红外区，我们观察到的许多吸收带实际上是氢原子伸缩振动的倍频和伸缩振动与弯曲振动相互作用的合频吸收。因此，对这些光谱吸收带的解析，实际上是化学键性质和分子结构的化学表征。
红外光 近红外光谱仪（Near Infrared，NIR）是介于可见光（Vis）和中红外（MIR）之间的电磁辐射波，美国材料检测协会（ASTM）将近红外光谱区定义为780-2526nm的区域，是人们在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。近红外光谱区与有机分子中含氢基团（OH、NH、CH）振动的合频和各级倍频的吸收区一致，通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息，而且利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低，不破坏样品，不消耗化学试剂，不污染环境等优点，因此该技术受到越来越多人的青睐。