يتم استخدام الطيف الضوئي في الكيمياء الفيزيائية لعدة أغراض من بينها:
1- تحديد الطيف الكهرومغناطيسي للمركبات الكيميائية، والذي يعطي معلومات عن طبيعة الروابط الكيميائية الموجودة في المركب وعن الجزيئات الموجودة فيه.
2- قياس الطيف الضوئي للعناصر الكيميائية في الطيف الشمسي أو الدرجة الحرارية المرتفعة للنجوم، وذلك لتحديد تركيب الشمس والنجوم ودرجات حرارتها.
3- معرفة الطيف الضوئي للعناصر الكيميائية في المركبات الكيميائية، وذلك لتحديد تركيز هذه العناصر وطرق التحليل الكيميائي.
4- استخدام الطيف الضوئي في التحليل الكيميائي الكمي للمركبات الكيميائية، وذلك لتحديد الكمية الدقيقة للعناصر الكيميائية الموجودة في المركبات.