Hamburan Raman yang ditingkatkan permukaan adalah fenomena di mana sinyal cahaya yang biasanya redup yang terkait dengan hamburan Raman menjadi jauh lebih kuat dan lebih mudah dideteksi. Sementara spektroskopi Raman adalah sarana yang berguna untuk mengidentifikasi molekul yang ada dalam bahan atau larutan, hal itu dibatasi oleh fakta bahwa efeknya sangat lemah, dengan biasanya hanya satu dari setiap 108 foton yang masuk yang mengalami hamburan semacam ini. Hasil hamburan Raman yang ditingkatkan permukaan dalam efek ini menjadi sangat diperkuat, biasanya dengan faktor 103 hingga 106, dan dalam beberapa keadaan hingga 1015. Peningkatan dicapai ketika molekul yang diselidiki bersentuhan dengan, atau di dekat, sebuah permukaan logam yang memiliki kekasaran pada skala 10-100 nanometer (nm). Perak, emas dan tembaga memberikan hasil terbaik, dan biasanya digunakan dalam bentuk nanopartikel.
Diperkirakan bahwa efek tersebut dihasilkan ketika plasmon dibuat pada permukaan logam oleh sinar laser yang digunakan untuk mencapai hamburan Raman yang ditingkatkan pada permukaan. Plasmon adalah gelombang elektromagnetik yang menempuh jarak pendek melintasi permukaan logam ketika awan elektron logam dirangsang oleh cahaya. Ketidakteraturan kecil pada permukaan nanopartikel tampaknya memusatkan efeknya, yang semakin meningkat ketika nanopartikel disusun dalam kelompok. Medan elektromagnetik yang dihasilkan kemudian tampaknya menyebabkan molekul di sekitarnya menunjukkan hamburan Raman yang jauh lebih intens daripada yang biasanya terjadi. Juga diperkirakan bahwa kimia mungkin berperan dalam beberapa kasus, tetapi penelitian menuju penjelasan lengkap sedang berlangsung.
Efek ini telah menyebabkan pengembangan spektroskopi Raman yang ditingkatkan permukaan (SERS), sebuah teknik yang telah memperluas cakupan spektroskopi Raman, memungkinkan pendeteksian berbagai zat dalam jumlah yang sangat kecil tanpa memerlukan instrumen yang mahal. Untuk memaksimalkan efek hamburan Raman yang ditingkatkan di permukaan, bahan yang diselidiki diendapkan ke nanopartikel logam yang sesuai, seringkali dalam koloid. Seperti spektroskopi Raman tradisional, laser monokromatik digunakan untuk menghasilkan hamburan yang diperlukan. Sebelum cahaya yang tersebar dianalisis, sinyal yang lebih kuat karena hamburan Rayleigh disaring untuk mencegahnya membanjiri sinyal Raman.
Sensitivitas yang sangat meningkat dari hamburan Raman yang ditingkatkan di permukaan memungkinkan teknik ini digunakan untuk mendeteksi banyak senyawa kimia dalam jumlah kecil. Oleh karena itu memiliki aplikasi dalam ilmu forensik, pemantauan lingkungan dan kedokteran. Nanopartikel logam dapat dimasukkan ke dalam sel hidup, memungkinkan penggunaan SERS untuk menyelidiki aktivitas biokimia seluler.