Spektroskopi rotasi berkaitan dengan pengukuran energi transisi antara keadaan rotasi terkuantisasi molekul dalam fase gas. Spektrum molekul polar dapat diukur dalam penyerapan atau emisi dengan spektroskopi gelombang mikro atau dengan spektroskopi inframerah jauh. f bilangan kuantum J dari tingkat rotasi lebih besar dari I, 2 tingkat I +1 diproduksi; tetapi jika J lebih kecil dari I, hasil level 2 J +1. Efeknya dikenal sebagai pemisahan hyperfine. Misalnya, dengan 14 N (momen kuadrupol inti I dan fungsi F dan J. dimana F = J + I, J + I -1, ..., 0, ... | J-I |.