エシェル回折格子と垂直分散素子（クロスディスパーザ）を用いた高分散分光器のこと。エシェル回折格子とは、高次の回折光を利用するために粗く溝が刻まれた回折格子のことをいう。エシェル回折格子で分散された光は、高次回折光のためにいくつもの次数の回折光がほぼ同じ方向に重なってしまう。これを分けるため、エシェル回折格子の分散方向とは垂直方向に光を分散するクロスディスパーザを、エシェル回折格子の後に配置する。この後に結像光学系（カメラ）を置けば、少しずつ波長の異なるいくつもの帯状のスペクトル（エシェルスペクトル）を撮影することができる。これがエシェル分光器の原理である。エシェル分光器は、波長分散の大きな高次回折光を用いるので波長分解能が高く、垂直分散素子で重なった次数を分けるために、一度に広い波長域のスペクトルを得ることができる。
可視光域におけるエシェル分光器として、すばる望遠鏡に搭載された高分散分光器（HDS）や岡山天体物理観測所の高分散エシェル分光器（HIDES）などがある。