La vibración molecular ocurre cuando los átomos en una molécula están en movimiento periódico, mientras que la molécula en su conjunto tiene un movimiento constante de traslación y rotación. La frecuencia del movimiento periódico se conoce como frecuencia de vibración, y las frecuencias típicas de las vibraciones moleculares varían de menos de 10 a 12 a aproximadamente 10 a 14 Hz.
En general, una molécula con N átomos tiene 3 N – 6 modos normales de vibración, pero una molécula lineal tiene 3 N – 5 tales modos, porque no se puede observar la rotación alrededor de su eje molecular.
Una molécula diatómica tiene un modo normal de vibración. Los modos normales de vibración de las moléculas poliatómicas son independientes entre sí, pero cada modo normal implicará vibraciones simultáneas de diferentes partes de la molécula, como diferentes enlaces químicos.
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Una vibración molecular se excita cuando la molécula absorbe un cuanto de energía, E , correspondiente a la frecuencia de la vibración, ν , de acuerdo con la relación E = hν (donde h es la constante de Planck). Una vibración fundamental se excita cuando una de esas cantidades cuánticas de energía es absorbida por la molécula en su estado fundamental. Cuando se absorben dos cuantos, el primer tono se excita, y así sucesivamente a tonos más altos.
