Chemische Substanzen lassen sich mithilfe von Terahertz-Spektroskopie nachweisen und identifizieren. Dank der hohen Selektivität werden reine Substanzen oder Substanzgemische – wie zum Beispiel Pharmazeutika, Drogen oder Sprengstoffe – spezifisch detektiert. Dies funktioniert nahezu verlustfrei auch durch Papier- oder Kunststoffverpackungen hindurch. Im Unterschied zur IR- und Raman-Spektroskopie, die empfindlich für intramolekulare Schwingungs- und Rotationsbewegungen sind, gibt die Terahertz-Spektroskopie Aufschluss zu den intermolekularen Bewegungen. So lassen sich neben dem bloßen Nachweis von Makromolekülen Aussagen über Aggregatzustand, polymorphe Strukturen sowie die Kristallinität der Substanzen treffen. Die Terahertz-Technik wird dabei zunehmend zusätzlich zur üblicherweise verwendeten Röntgenbeugung genutzt, da sie schneller ist, minimale Probenpräparation erfordert und prinzipiell zur Online-Kontrolle genutzt werden kann.