時間的・空間的に変動する信号（ゆらぎ）を統計的に特徴づける量の一つ。ゆらぎをフーリエ変換して、そのフーリエ係数の振幅の2乗を波数（波長の逆数）の関数とみなしたものがパワースペクトルである。関数f(t)あるいはf(x)のパワースペクトルF(k)は、波数kの変動成分のエネルギー密度を表している。単一周期の三角関数に従う信号のパワースペクトルは、その周期の所にのみエネルギーがあるので、単一の線スペクトルとなる。
パワースペクトルは、変光星の光度曲線など、変光現象の解析から周期性を調べる時に良く用いられる。準周期的振動も参照。
宇宙論においては、密度の空間的ゆらぎのパワースペクトルが重要である。宇宙モデルを決めると、パワースペクトルの期待値が理論的に計算される。これを観測値と比較することにより、もとにした宇宙モデルの正否を判定することができる。
また、宇宙マイクロ波背景放射の温度ゆらぎなどのように、天球面上に投影されたゆらぎでもパワースペクトルは有用である。この場合はゆらぎを球面調和関数で多重極展開し、その展開係数の振幅の2乗によりパワースペクトルが定義される。