Analiza widmowa, zwana również spektralną, jest metodą określania składu chemicznego danej substancji na podstawie promieniowania elektromagnetycznego emitowanego lub absorbowanego przez nią. Jest ona możliwa dzięki temu, że każdy atom lub cząsteczka ma ściśle określony i niepowtarzalny układ linii, które powstają w wyniku przejść elektronów pomiędzy dozwolonymi stanami kwantowymi. Emitowane lub pochłaniane przez atom fotony mają długości fali odpowiadające różnicy energii pomiędzy odpowiednimi stanami kwantowymi.
Analiza widmowa znajduje szerokie zastosowanie w:
1. Astronomii, do badania składu chemicznego niedostępnych ciał niebieskich. Np. pierwiastek hel został odkryty najpierw na Słońcu, stąd jego nazwa od greckiego boga słońca Heliosa.
2. Kryminalistyce, do wykrywania śladowych ilości substancji.
3. Chemii, do badania składu i właściwości różnych ciał.
Za twórców metod analizy widmowej uważa się Roberta Bunsena oraz Gustava Kirchhoffa.