显微光谱分析又称微区光谱分析，是通过光学显微镜等辅助光学设备，采集微小区域的光信号进行样品光谱分析的一种方法。

显微光谱分析是对比普通光谱分析而言。通常普通光谱分析是指普通光纤光谱仪通过光纤将光信号导入光谱之中。但是由于光纤收集的是发散光(一般光谱光纤数值孔径为0.22)，因此普通光纤光谱仪仅能采集较大空间的光信号。测试信号并不理想。

后来，人们通过光学显微镜配合光纤光谱仪进行样品空间分辨分析使得样品的空间分辨率得到了大大的提高。为了获得更高的分辨率一方面是要提高显微镜的分辨率，另外一方面是要提高光纤光谱仪的性能和两者之间的配合性能。