1. 反射模式（又稱漫反射模式）
反射模式主要用于分析固體樣品，近紅外光可穿至樣品內部1~3mm，未被吸收的近紅外光從樣品中反射出。分別測定樣品的反射光強度（I）與參比反射表面的反射光強度（Ir），其比值為反射率R。lg（l/R）與波長或波數的函數為近紅外光譜。
R=I/Ir
AR=lg（l/R）=lg（Ir/I）
固體樣品的顆粒大小、形狀、緊密程度及其他物理性質均會引起光譜基線的漂移，因此不是所有的固體混合物均符合比爾定律。可用數學方法減弱或消除粒度的影響。最常用的數學方法為對光譜進行導數處理。當樣品量足夠大時，也可用多元散射校正方法處理數據。
2. 透射模式
透射模式主要用于分析液體樣品，近紅外光穿過樣品，透射光強度（I）與波長或波數的函數為近紅外光譜。測定樣品時樣品置于光源與檢測器之間的光路上，結果直接以透光率（T）或吸光度（A）表示。
T==I/Io
A=-lgT=lg（l/T）=lg（Io/I）
式中Io為入射光強度。
透射-反射模式為透射與反射模式的結合，將反射鏡置樣品的后部，光源與檢測器在樣品的同側，近紅外光穿過樣品后經反射鏡返回，因此光程增加為兩倍。