有机化合物的分子结构不同，其振动谱也不同，拉曼光谱可通过其分子指纹来鉴别。多环芳烃化合物、有机磷、有机氯农药等有机物，很多都被证明具有潜在的致癌性。拉曼光谱用于多环芳烃化合物的检测时，通过修饰SERS基底，可以有效降低检出限，实现痕量的检测。有机磷农药如亚胺硫磷与毒死蜱可通过特定的化学基团可以与增强衬底相结合达到共振效应，从而为拉曼光谱技术所检测。

      重金属污染导致的痛痛病、水俣病、镉大米等事件，造成极大、难以轻易修复的环境污染。传统的重金属检测方法原子吸收光谱法、等离子体质谱法、分光显色法等前处理耗时、且大多需要消耗化学试剂。重金属离子自身表面增强拉曼光谱信号较弱，可以通过纳米探针来间接实现对重金属汞的检测。

      拉曼光谱技术应用于环境中细菌、病毒等微生物的检测已经有大量的研究报到。通过纳米金沉积在细胞内，从而可以对细菌直接检测，或是通过间接法检测细菌标记物来检测大肠杆菌、葡萄球菌等细菌，可用于对细菌的分类和快速鉴定。病毒的常规检测方法聚合酶链式反应（PCR）、酶联免疫吸附法检测方法等操作过程繁琐、耗费时间长，基于拉曼光谱技术结合化学计量学的方法，可以快速、准确实现病毒的检测区分。