Ytförstärkt Raman-spridning är ett fenomen där de normalt svaga ljussignalerna som är associerade med Raman-spridning blir mycket kraftfullare och lättare att upptäcka. Även om Ramanspektroskopi är ett användbart sätt att identifiera molekyler som finns i ett material eller en lösning, begränsas den av det faktum att effekten är mycket svag, med normalt bara en av 108 inkommande fotoner som utsätts för denna typ av spridning. Ytförstärkt Raman-spridning resulterar i att denna effekt förstärks kraftigt, typiskt med en faktor på 103 till 106, och i vissa fall upp till 1015. Förstärkningen uppnås när molekylerna som undersöks är i kontakt med, eller i närheten av, en metallyta som har grovhet på skalan 10-100 nanometer (nm). Silver, guld och koppar ger bäst resultat och används vanligtvis i form av nanopartiklar.
Man tror att effekten produceras när plasmoner skapas på metallytan av laserljuset som används för att uppnå ytförstärkt Raman-spridning. Plasmoner är elektromagnetiska vågor som färdas en kort sträcka över metallens yta när metallens elektronmoln stimuleras av ljus. Små ojämnheter på nanopartiklarnas ytor verkar koncentrera effekten, som ökar ytterligare när nanopartiklarna är ordnade i kluster. Det elektromagnetiska fältet som genereras tycks sedan få molekyler i den omedelbara närheten att uppvisa mycket mer intensiv Raman-spridning än vad som normalt skulle vara fallet. Man tror också att kemi kan spela en roll i vissa fall, men forskning mot en fullständig förklaring pågår.
Denna effekt har lett till utvecklingen av ytförstärkt Raman-spektroskopi (SERS), en teknik som kraftigt har utökat omfattningen av Raman-spektroskopi, vilket möjliggör detektering av extremt små mängder av olika ämnen utan behov av dyra instrument. För att maximera den ytförstärkta Raman-spridningseffekten deponeras materialet som undersöks på lämpliga metallnanopartiklar, ofta i en kolloid. Som med traditionell Raman-spektroskopi används en monokromatisk laser för att producera den erforderliga spridningen. Innan det spridda ljuset analyseras, filtreras den mer intensiva signalen på grund av Rayleigh-spridningen bort för att förhindra att den överväldigar Raman-signalerna.
Den kraftigt förbättrade känsligheten hos ytförstärkt Raman-spridning gör att tekniken kan användas för att detektera många kemiska föreningar i spårmängder. Den har därför tillämpningar inom rättsmedicin, miljöövervakning och medicin. Metallnanopartiklar kan införas i levande celler, vilket gör det möjligt att använda SERS för att undersöka cellulär biokemisk aktivitet.