当单色光线照射透明（半透明）物体时，会发生光的散射或吸收现象。弹性散射中的瑞利散射和非弹性散射的拉曼散射光强及光谱吸收率都与介质的温度有关，通过测量其特征波长下的绝对强度或者相对强度，或者荧光的弛豫时间，就可以确定被测介质的温度。

光谱测温方法包括：谱线反转法、瑞利散射测温法、（平面）激光诱导荧光测温法（PLIF，LIF）、反斯托克拉曼散射测温法（CARS）和基于可调谐激光二极管光谱分析（TDLAS）测温法等。此类方法适合测量含固体粒子的清洁火焰或高温气流的气体温度。

在目标火焰中均匀地加入微量钠盐，钠燃烧产生两条波长为589.0纳米和589.6纳米黄色明亮谱线，这些谱线辐射在一已知光源的连续光谱中的照射下会发暗、发亮或消失在背景光源中，认为此时光源温度等于火焰温度（图1）。

图1 谱线反转法

如图2，受激荧光光谱法是指在入射光的激励下，分子发出的荧光光谱在若干个波长上有较强的尖峰，这些特征波长的强度是温度的函数。通过测量其特征波长下的绝对强度或者相对强度，或者荧光的弛豫时间，就可以确定被测介质的温度。

图2 LIF测温法

当几束激光按一定的角度要求在燃烧场中聚焦时，在聚焦区域会产生一束类似于弱激光的CARS信号（图3）。将实验测得的CARS与理论光谱拟合，就可以得到燃烧场的温度参数。

图3 CARS测温法

采用可调谐激光二极管测量气体吸收谱线对的线强之比（比值是温度的函数）而得到温度方法（图4）。

图4 TDLAS测温法