水分子の形態、たとえば二量体、三量体、水和殻などは、非常に特異的なスペクトルをもつことが知られています（Smith et al.2005; Robertson et al. 2003; Weberetal.2000; Franks1973）。 水のスペクトルは、水の分子構成、水素結合、および水和された分子またはクラスターの電荷に非常に敏感です。 さまざまな摂動下で取得された水スペクトルの多くのデータセットにより、水分子システムのダイナミクスとその機能に関する膨大な情報が明らかになります。
溶媒（つまり水）の近赤外スペクトルには、その溶質に関する重要な情報が含まれていることがわかっています（Tsenkova2009）。
先行研究において、タンパク質水溶液（Murayama et al.2000）、生体分子水溶液（Murayama et al.2000; Tsenkova et al.2004）、細胞、植物、動物の体液や生体組織、小粒子の懸濁液が近赤外分光法により分析されています（Tsenkova 2009,2010; Tsenkova et al.2001,2004; Jinendra 2010; Jinendra et al.2010; Kinoshita et al.2012; Matija et al.2012; Nakakimura et al.2012）。
これらの研究では、よく知られている水の吸収バンドがさまざまな摂動のもとで観察されています。（例として、さまざまな濃度の溶質（Nakakimura et al.2012）、ナノ粒子（Matijaetal.2012; Tsenkova et al.2007a）、近赤外領域に吸収バンドをもたない分子（Tsenkovaet al.2007a; Gowen et al.2013）、あるいは温度（Segtnan et al.2001; Maeda et al.1995）や光照射など。） 摂動による動的スペクトルを多変量解析で分析した結果、多数の水の吸収バンドが確認されています。 これらのバンドの多くは、赤外領域の既知の水吸収バンドについて既に報告され計算されている倍音とよく一致しています（Smith et al.2005; Weber et al.2000）。 そのうちの幾つかは新たに発見されたバンドです（Tsenkova2009）。
乳糖、ヒト血清アルブミン（HSA）（Murayama et al.2000）、プリオンタンパク質（PrP）の異性体（Tsenkova et al.2004）、NaCl（Gowen et al.2013）、金属（Putra et al. al.2010; Tsenkova et al.2007b）およびその他の溶質をさまざまな濃度で水に摂動として与えてきました。
多変量解析により、与えた摂動の影響を最も受ける顕著な波長が特定されました。 それらは主に水の吸収バンドであることがわかっています。近赤外分光法の一般的な理解（分子の倍音振動が多く存在する近赤外領域の吸光度変化はその基本音振動が存在する中赤外領域の100〜1000分の1であるため低濃度の測定には向かない。）とは異なり、非常に低い濃度（ppbレベル）の溶質でさえも近赤外領域で測定できることが示されています（Tsenkova et al.2004; Gowen et al.2013 ）。
低濃度の水中ポリスチレン粒子の測定は良い例です。 水の吸収領域の第1倍音である1300〜1600 nmを使用してポリスチレン粒子の低濃度測定（1％〜0.0001％）の回帰モデルを開発した結果、広範囲の低濃度領域においてスペクトル測定による高精度の濃度予測を達成することができました（Tsenkova et al.2007a）。 逆に、1680nmのポリスチレン倍音バンドのみを使用すると濃度を下げるにつれて精度が大幅に低下しました。 溶液中のタンパク質（Murayama et al.2000）、溶液中の金属（Putra etal.2010）などについても同様の知見が報告されています。
別の研究では、希釈サンプル中の金属濃度測定（ppbレンジ）の近赤外スペクトルモデルが希釈方法（段階希釈または直接希釈）の影響を受けることも示されています（Putra et al.2010; Tsenkova et al.2007b）。 これらの発見により、水の近赤外スペクトルパターンが溶液中の他の分子との関連性における水の分子集合形態（マトリックス）を非常に詳細に記述しているという結論に至りました。