Quando un materiale è colpito da un emettitore laser ad una specifica lunghezza d’onda, esso può diffondere a sua volta una radiazione che ammette sia una componente elastica prevalente (effetto Rayleigh) che una componente anelastica (Stokes e Anti-Stokes). La spettroscopia Raman si basa sulla rilevazione dei segnali anelastici (in particolare le righe Stokes), la cui posizione, intensità e ampiezza sono indicative delle caratteristiche chimico-strutturali del materiale esaminato.
Molto utile per indagini non distruttive in-situ, ed in particolare per l’analisi delle componenti inorganiche (pigmenti, leganti, etc.) e organiche (cere, resine, oli, etc.) di dipinti murali (affreschi, encausti) o tele, ma anche di gemme e altri reperti artistici.
La Spettroscopia Raman è spesso complementare alla Spettroscopia infrarossa.