Атомний та молекулярний спектральні аналізи дозволяють визначати елементарний та молекулярний склад речовинивідповідно, в емісійному та абсорбційному методах склад визначається за спектрами випромінювання та поглинання.
За змінами у спектрі відбитого планетою світла проти сонячним судять про хімічному складі планетних атмосфер та його поверхонь. За спектрами судять про хімічному складі хвостів та ядер комет, поверхонь тіл Сонячної системи, хмар міжзоряних пилу та газу.
Спектральний аналіз дає можливість аналізувати хімічний склад руд та мінералів. З його допомогою вивчаються умови їхньої освіти, що дозволяє цілеспрямовано проводити геологічну розвідку для пошуку нових родовищ.
В астрофізиці за спектрами можна визначити багато фізичних характеристик об'єктів: температуру, тиск, швидкість руху, магнітну індукцію та ін.. за допомогою спектрального аналізу визначають хімічний склад руд та мінералів.