隨著超微型光譜儀應用測量系統的不斷拓展，其快速分析及便攜式實時應用的優勢逐漸顯現出來，光譜分析技術正逐步從實驗室分析走向現場實時檢測。依據現階段實際應用現狀，微型光纖光譜儀在以下領域得到廣泛的應用。
透射吸收測量：透射吸收測量用于測定液體或氣體中介質對作用光的吸收，依據比耳定律，吸光度正比于摩爾吸收率、光程和樣品介質濃度。
反射測量：反射測量方式分為鏡面反射和漫反射測量，在實際測量中，可以采用不同的參考白板和測量角度來進行區分。反射測量用于測定樣品的化學成分及表面顏色相關信息。
發光二極管(LED)測量：LED測量系統用于LED光源的光譜強度及顏色指標測量。
激光測量：根據激光光譜的特征，檢測系統配置高分辨率的微型光纖光譜儀，同時可用積分球或余弦校正器來衰減入射光，以避免CCD探測器的飽和。
熒光測量：熒光測量因其光譜信號特別弱，因此需要一個高靈敏的探測器及一個率的濾光片，將樣品激發出的微弱信號光和高強度的激發光區別開來。
氧含量測量：氧含量是通過光纖探頭熒光團的熒光強度的衰減來進行測量，應用熒光淬滅原理可以測量溶解氧或氣態氧的分壓，從而探測出環境的氧含量。
拉曼光譜測量：拉曼光譜與紅外吸收光譜同為研究物質的分子振動能級從而分析物質的組成，但相對于紅外吸收光譜，拉曼光譜的譜線較為簡單且具有*性，而且被測物不需進行前處理，因此在判斷物質組成成分時有明顯的優勢。拉曼光譜測量系統特別適用于反應過程監控、產品識別、遙感及介質中高散射粒子的判定。
激光誘導擊穿光譜(LIBS)測量：LIBS是一種用于固體、液體及氣體中進行實時、定性及半定量的光譜元素分析技術，其工作原理是高強度的脈沖激光聚焦在樣品表面，脈寬為10ns的激光脈沖蒸發樣品產生等離子體，隨著等離子體的冷卻，處于激發態的原子發射出元素的特征光譜，這個光譜被光纖探頭收集并傳送到光譜儀，通過光譜分析軟件中預存的樣品特征光譜進行比對分析。