超快光譜學被廣泛應用于生物學、化學、材料科學等多個科研領域，這是因為它能提供超高的時間分辨率，能夠觀測材料內的微觀過程，如原子核的運動、化學鍵的扭轉、電荷分離和能量傳遞等。目前，應用最廣的超快光譜系統主要有兩種：飛秒時間分辨熒光系統和飛秒泵浦探測系統。
飛秒時間分辨熒光系統,可以用于探測發光態熒光隨時間衰減的過程，通?？梢蕴綔y亞飛秒到納秒尺度的時間分辨熒光動力學，這取決于激光脈沖寬度，以及延時線的長度和精度。一般該系統的時間分辨率可達到幾十到幾百飛秒。
飛秒泵浦探測系統，通常也稱為飛秒瞬態吸收技術，可以通過吸收譜探測非發光樣品激發態的豐富信息。其中，一束作為泵浦光來激發樣品，將一定比例的樣品激發到高電子激發態，在不同的實驗中，這個比例一般為0.1%到百分之幾十。在一定的延時t后，一束弱的探測光(避免產生多光子效應)通過樣品被激發的區域，計算泵浦光存在與不存在條件下的透過光譜差ΔT。通過改變泵浦光與探測光之間的延時，可得到ΔT隨時間和波長變化的函數。通過這種方式來得到不同能態上粒子數分布隨時間的變化過程。
