اولین مفاهیم مربوط به طیف سنجی یا spectroscopy توسط نیوتن ارائه شد.
نیوتن دریافت که در صورت عبور یک پرتو نور سفید از یک منشور شیشه‌ای، طیفی از رنگ‌ها مشابه رنگ‌های رنگین‌کمان مشاهده می‌شود. در قرن ۱۷ میلادی، فیلسوف طبیعی اسکاتلندی، توماس ملویل دریافت که در صورتی که نمک‌های مختلفی به شعله‌ی یک چراغ الکلی اضافه شود، رنگ شعله تغییر می‌کند.
بعد از آن، شیمی-فیزیکدان انگلیسی، ویلیام هیده ولاتسون، نخستین بار مشاهده کرد که خطوط تاریکی در طیف نور خورشید وجود دارد.
در سال ۱۸۱۴، یوزف فون فراون هوفر، مشاهده کرد که نور ستاره‌های مختلف، هریک دارای خطوط تاریک مختلفی در طیف خود هستند. این خطوط تاریک تحت عنوان خطوط فراون هوفر شناخته می‌شود.
بعداً و در سال ۱۸۴۹، فوکو فرانسوی (قبلا با پاندوله‌ی فوکو آشنا شده‌ایم) دریافت که این خطوط تاریک، با طیف نور حاصل از احتراق عناصر مختلف، انطباق دارد.
در سال ۱۸۶۰ گوستاو کیرشهف فیزیکدان آلمانی و رابرت بونزن شیمیدان آلمانی دریافتند که طیف مربوط به هر عنصر، مختص به همان عنصر بوده و با طیف عناصر دیگر متفاوت است. کیرشهف و بونزن همچنین دریافتند که می‌توان به کمک طیف سنجی، ساختار شیمیایی خورشید و دیگر ستارگان را مشخص نمود.