Spectroscopia cu microunde ( ing. spectroscopie cu microunde ) este o tehnică de determinare a structurii geometrice a moleculelor din spectrele de microunde datorită tranzițiilor între nivelurile de energie de rotație.
Determinarea unor parametri ai moleculelor precum momentul dipol și momentele de inerție în jurul axelor principale prin spectroscopie cu microunde se realizează în marea majoritate a cazurilor prin analiza spectrelor de absorbție a radiațiilor electromagnetice în intervalul 10-40 GHz, datorită tranzițiile moleculei de la un nivel energetic de rotație la altul.
Metoda spectroscopiei cu microunde este foarte precisă pentru molecule relativ simple, dar pe măsură ce greutatea moleculară crește, interacțiunea vibrațional-rotațională începe să afecteze acuratețea metodei. Folosind această metodă, parametrii geometrici ai multor molecule cu două, trei și patru atome au fost determinați cu mare precizie și a fost investigat și un efect atât de interesant precum inversiunea. Metoda este slab aplicabilă moleculelor nepolare și este folosită pentru a studia substanțele doar în faza gazoasă.