在科学研究中，如何确定手性分子左旋还是右旋至关重要，旋光光谱和圆二色光谱在测定手性化合物的构型和构象、确定某些官能团(如羰基)在手性分子中的位置方面有其它光谱无法代替的独到之处。一般来说，凡是具有手性的分子都具有旋光活性，一束平面偏振光进入手性分子时，手性物质会将其分解为左右圆偏振光，手性分子能使偏振光向某一方向旋转某一角度，而且组成相同的一对对映体使偏振光向不同的方向旋转，由于左、右圆偏振光的折射率不同，偏振面将旋转一定的角度，这种现象称为旋光，偏振面旋转的角度称为旋光度。
科顿效应（Cotton Effect）的发现为旋光色散（Optical Rotatory Dispersion， ORD）和圆二色（Circular Dichrorism, CD）的出现奠定了理论基础。这些灵敏方法的出现，为研究人员在通过这些实验技术得到新的分子结构信息提供了便利，为更一步深入的研究立体化学和电子结构提供了条件。一般来讲基于此原理研究分子手性立体结构及相关问题的仪器，有旋光光谱、圆二色光谱、振动圆二色谱、拉曼圆二色谱、漫反射圆二色谱。
旋光色散是研究光学活性材料的偏振角随波长变化的一种色散效应。用不同波长的平面偏振光来测量化合物的比旋光度[α]λ，并以[α]λ或有关量作纵坐标，波长为横坐标，得到的图谱就叫旋光谱(ORD)。
图3 旋光谱
由于包含发色团的分子的不对称性，而引起左右两圆偏振光具有不同的光吸收的现象被称为圆二色性。旋光谱和圆二色谱是同一现象的两个方面，都反映光与物质的作用，而圆二色谱反映光和分子间能量的转换。当这种相互作用只在短波范围内在一个共振波长周围发生，而且在这个共振波长处产生能量交换时，圆二圆二色谱仅在这个区域可以被测量。旋光性有机分子对组成平面偏振光的左旋圆偏光和右旋圆偏光的摩尔吸光系数是不同的，即εL≠εR。两种摩尔吸光系数之差Δε=εL-εR，是随入射偏振光的波长变化而变化的。以Δε或有关量为纵坐标，波长（通常用紫外可见光区）为横坐标，得到的图谱就叫圆二色谱（CD），是一种有效测定分子不对称结构的光谱法。
图4 圆二色谱
所谓振动圆二色谱（VCD），是圆二色谱（CD）在红外和近红外区域的延伸扩展。测量一个手性物质的振动圆二色谱时，所得到的谱图是将该物质的圆二色谱与其相应的拉曼光谱整合在一起的，与之相比较的是普通的圆二色谱，传统意义上的圆二色谱图上所体现的是紫外吸收。这样振动圆二色谱的优势体现在，它所得到的拉曼光谱能很好的反应出物质中的特殊基团，从而能更好的研究物质的性质以及导致其出现圆二色信号的原因。
图5 振动圆二色光谱仪
