微型光譜儀應用領域非常廣，由于微型光譜儀的體積小，所以適合于便攜，手持，現場，在線，原位，活體，非破壞性應用場合。由于光纖的使用，所以適合在有害環境下(包括化學，生物，放射性)進行遠程測量。由于微型光譜儀內無移動部件，可靠性高，因此，適合于工作在環境惡劣的工業現場。由于采用探測器陳列，可一次獲得全光譜，測試速度快，因此適合需要高速測量的應用，例如工業在線檢測，化學反應動力學監測。下面介紹一些典型應用。
1、透射/反射測量
透射/反射光譜是材料本身的一項重要光學特性，在現今工業蓬勃發展的背景下，對材料本身特性的質量控制越來越嚴格，從而利用光纖光譜儀進行快速準確的透射光譜/反射光譜的測量技術也開始日漸成熟。對于不同種類的樣品，為了獲取更好的光譜數據，透射、反射這兩種基本模式又會演化為更多的形式。
液體的吸收率測量可以用不同的實驗布局和波長范圍來實現，如使用浸入型光纖探頭或流動樣品池進行在線吸收率測量，或使用樣品固定器進行樣品的吸收率測量。對于測量紫外/可見波長范圍的光譜儀，可以選擇波長范圍200-1100nm、分辨率1.4nm(FWHM)。此外還需要氘-鹵素燈作為光源。不同的應用可以選擇不同的光纖探頭。
3、薄膜厚度測量
光學的膜厚測量系統基于白光干涉測量原理，可以測量的膜層厚度10nm-50μm，分辨率為1nm。薄膜測量在半導體晶片生長過程中經常被用到，因為等離子體刻蝕和淀積過程需要監控；其它應用如在金屬和玻璃材料基底上鍍透明光學膜層也需要測量膜層厚度。
4、輻射/發光
輻射/發光測量可以使用不同的實驗裝置和在不同的波長范圍來進行，如余弦校正器、準直透鏡或積分球，光譜范圍可以是紫外/可見波段，也可以是可見/近紅外波段。
5、農業與食品
在水果收獲期間監測水果質量，并把好的產品運送到市場，在現代糧食生產的可持續性正變得越來越重要。在生產過程中，關鍵數據大致包括可溶性固體含量、含水量或硬度。而從市場的角度來看，收獲后還可以繼續監測淤青、燙傷、霜凍以及腐爛的損害，使生產者即在保持高產量的同時也能將好的產品帶給消費者。
6、顏色測量
一般來說，物體和濃稠液體的顏色測量可以使用不同的實驗布局，比如使用反射型光纖探頭或積分球。在該測量中，可以使用波長范圍在380到780nm，分辨率（FWHM）為5nm的光譜儀；此外，還需要白光連續光源和白色反射瓦。對于測量紡織品、紙張、水果、葡萄酒、鳥類羽毛顏色等不同的應用可以使用不同的光纖探頭。
7、熒光
熒光測量對許多生物學（葉綠素和類胡蘿卜素）、生物醫學（病變的熒光診斷）和環境監測是非常有效的測量手段。熒光測量通常需要高靈敏度的光譜儀。對于大多數熒光應用來說，產生的熒光能量只相當于激發光能量的3%左右。熒光的光子能量比激發光的光子能量要小（所以波長要長），而且一般都是散射光（在各個方向上輻射能量）。
