Les primeres observacions d’espectres estel·lars foren fetes per Fraunhofer (1817), i Kirchhoff indicà el 1860 que la identificació de les ratlles negres permetia de reconèixer els elements presents a l’atmosfera de l’astre. El veritable fundador de l’anàlisi espectral fou, però, el Pare Secci, el qual des del 1863 fins al 1868 observà i descriví els espectres de més de 400 estels i en donà una primera classificació.
L’anàlisi espectral es fonamenta en la comparació dels espectres estel·lars (continus, de ratlles i de bandes) amb els de les fonts terrestres (espectroscòpia), i en la interpretació dels resultats mitjançant una teoria sobre l’emissió i absorció de radiacions en l’atmosfera estel·lar. L’anàlisi espectral permet de deduir la temperatura dels estels, la composició química de llur atmosfera i llurs moviments radials. Accessòriament dona també més informació sobre les atmosferes estel·lars (extensió, pressió, camp elèctric i moviment), permet de calcular paral·laxis i ha donat lloc a la descoberta de nombrosos estels dobles massa pròxims per a ésser separats visualment. La principal conclusió de l’anàlisi espectral és la unitat de composició química de l’univers; la seva principal aplicació és l’establiment d’una classificació racional dels estels basada en les classes espectrals.