光谱学方法按照其测量原理主要分成两大类：稳态光谱和瞬态光谱（即时间分辨光谱）。稳态光谱分析，即传统的光谱学分析，是样品在一连续光源持续照射下记录其强度或发射光谱。时间分辨光谱是样品在一光脉冲的照射后记录其强度或者偏振各向异性信号的衰变过程。脉冲光源的脉冲时间宽度应小于衰变过程所需的时间，如脉冲激光、脉冲放电闪光灯等。时间分辨光谱研究是由光脉冲技术与微弱、瞬变光信号检测方法相结合而发展起来的学术领域。不同于传统的光谱学分析，时间分辨光谱所探测的对象不是处于平衡状态的“稳定”的分子，而是对分子在某些物理、化学、生命活动过程中从一种平衡状态转化到另一种平衡状态的运动变化时相继出现的各种“介稳态中间物”的瞬间状态，并对这些瞬间形态转变的微观动态学步骤进行跟踪监测。

时间分辨光谱研究是以英国诺贝尔化学奖获得者G.波特在20世纪50年代采用激发-探测双光脉冲技术为基础的“闪光光解”方法，实时监测电子激发态芳烃分子随时间衰减的动力学行为开始发展的。常见的时间分辨光谱有时间分辨荧光光谱、瞬态吸收光谱（transient-absorption spectroscopy）、时间分辨红外光谱（time-resolved infrared spectroscopy）、时间分辨拉曼光谱（time-resolved Raman spectroscopy）等。

时间分辨荧光光谱研究分子的特征参数有，在某一波长处荧光强度随时间衰变的动力学过程、在不同波长处荧光强度分布随时间变化的时间分辨荧光发射谱图，以及荧光偏振的各向异性随时间弛豫的步骤。由于荧光强度或者偏振衰减过程所需时间在皮秒（10^-12秒）到纳秒（10^-9秒）的范围，因此时间分辨荧光光谱需要采用高速的检测系统进行光谱信号记录。根据不同的检测系统的工作原理，测量时间分辨荧光光谱技术主要可分为：频闪观测技术（strobe），时间相关单光子计数技术（time-correlated single photon counting; TCSPC）和调频相移技术（phase modulation）等。

时间分辨荧光光谱是一类研究分子动态过程的重要光谱分析方法。它是研究生物大分子，如蛋白质、核酸等的结构和动态过程的重要手段，可通过测量生物大分子荧光衰变过程而获得它的荧光寿命信息，从而可以研究大分子的构象变化如蛋白质折叠过程、转动及与其他分子的相互作用，如蛋白质与核酸的结合作用等；也可以通过测量其荧光偏振各向异性弛豫过程来研究分子的平动过程，如揭示蛋白质片段的分子内运动微观图景、研究核酸分子的结构和它的转动状态。另外，时间分辨荧光可用于生化分析如免疫分析，能有效地消除样品中自荧光物质的干扰。