Обычно, под термином ультрабыстрая спектроскопия подразумеваются эксперименты типа pump-probe (накачка-зондаж) с использованием пикосекундных и фемтосекундных лазерных импульсов для получения спектральной информации с временным разрешением.

Традиционно, ультрабыстрая спектроскопия была ограничена исследованиями газовой фазы, когда молекулы могут рассматриваться как изолированные. По этой причине, в газах легче определить спектральные особенности и механизмы передачи энергии, чем в конденсированных средах. Эти эксперименты привели к колоссальному увеличению знаний о реакциях в газовой фазе, и возникновению квантового контроля над этими реакциями. После разработки надежных твердотельных ультрабыстрых лазеров свыше 10 лет назад, ультрабыстрая спектроскопия больше не ограничена газовой фазой. Возможность выбора длительности импульса, длины волны и возможность усиления выходного излучения титан-сапфира обеспечивает рост числа приложений, связанных с конденсированными средами.