A sensibilidade espectral é a eficiência relativa de detecção, de luz ou outro sinal, como uma função da frequência ou comprimento de onda do sinal.

Na neurociência visual, a sensibilidade espectral é usada para descrever as diferentes características dos fotopigmentos nas células bastonetes e células cone na retina do olho. Sabe-se que as células bastonetes são mais adequadas à visão escotópica e às células cônicas à visão fotópica, e que diferem em sua sensibilidade a diferentes comprimentos de onda da luz. Foi estabelecido que a sensibilidade espectral máxima do olho humano sob condições de luz do dia está em um comprimento de onda de 555 nm, enquanto que à noite o pico muda para 507 nm.

Na fotografia, o filme e os sensores são frequentemente descritos em termos de sua sensibilidade espectral, para complementar suas curvas características que descrevem sua responsividade. Um banco de dados de sensibilidade espectral da câmera é criado e seu espaço analisado. Para filmes de raios X, a sensibilidade espectral é escolhida para ser apropriada para os fósforos que respondem aos raios X, em vez de estarem relacionados à visão humana.

Em sistemas de sensores, onde a saída é facilmente quantificada, a responsividade pode ser estendida para ser dependente do comprimento de onda, incorporando a sensibilidade espectral. Quando o sistema sensor é linear, sua sensibilidade espectral e responsividade espectral podem ser decompostas com funções de base similares. Quando a responsividade de um sistema é uma função não-linear monotônica fixa, essa linearidade pode ser estimada e corrigida para determinar a sensibilidade espectral a partir de dados espectrais de entrada-saída por meio de métodos lineares padrão.

As respostas das células bastonetes e cônicas da retina, no entanto, têm uma resposta não-linear (acoplada) muito dependente do contexto, o que complica a análise de suas sensibilidades espectrais a partir de dados experimentais. Apesar dessas complexidades, no entanto, a conversão dos espectros de energia da luz para o estímulo efetivo, a excitação do fotopigmento, é bastante linear, e caracterizações lineares, como a sensibilidade espectral, são, portanto, bastante úteis na descrição de muitas propriedades da visão colorida.

A sensibilidade espectral é algumas vezes expressa como uma eficiência quântica, isto é, como uma probabilidade de obter uma reação quântica, tal como um elétron capturado, a um quantum de luz, como uma função do comprimento de onda. Em outros contextos, a sensibilidade espectral é expressa como a resposta relativa por energia de luz, e não por quantum, normalizada para um valor de pico de 1, e uma eficiência quântica é usada para calibrar a sensibilidade naquele pico de comprimento de onda. Em algumas aplicações lineares, a sensibilidade espectral pode ser expressa como uma responsividade espectral, com unidades como amperes por watt.