通过射频或微波电磁场与物质的共振相互作用，研究物质的性态、结构和运动的物理学分支学科。简称波谱学。研究对象可以是原子、分子及其凝聚态，也可以是中子、质子、电子、原子核和等离子体。实验观测既可在稳定状态，也可以在动态甚至在短暂的瞬态进行。波谱频率范围在109～1011赫兹。
20世纪30年代以前，原子物理学的光谱学实验主要在可见光波段进行，以测量波长为主，测量光谱的精细结构和超精细结构的准确度不高，测量分子光谱的准确度也不高。第二次世界大战以后，电子学和微波技术有了很大进展，探测仪器的灵敏度、分辨率有了大幅度提高，实验技术也有了革新。微波波谱学以测量频率为主，利用振荡器、磁控管、调速管等产生单频微波，通过平行金属线、同轴线或波导管透过含有被分析物质的共振腔，探测物质在随时间缓慢变化的电场或磁场下所造成的辐射衰减响应。利用微波波谱方法，准确测定了一些原子的超精细结构、兰姆移位、电子和μ子的反常磁矩，分子键长等等。
微波波谱学的发展，导致微波量子放大的出现、激光的问世、原子钟的发明和频率基准的建立，开辟了量子电子学这一新兴科学。频率的准确测量导致物理常量准确度大幅度提高，对自然科学、应用科学和工程技术的发展起了重要的推动作用。