試料に光（一般的にはレーザーを用います）を照射すると、試料中の分子が本来持っている分子振動により、入射光とは異なる波長で光が散乱されます。この効果はラマン散乱と呼ばれ、発見したインド人科学者C. V. Ramanは1930年にノーベル物理学賞を受賞しました。この散乱光を検出・測定することで、試料中の分子を特定することができます。この分析法をラマン分光法と呼びます。ラマン分光法は、蛍光検出、X線分析、NMR分析、質量分析などの他の分析法に比べて、非常にシンプルで、試料の組成に関する予備知識を必要としませんが、入射光の100万分の1しかラマン散乱されないため、感度が非常に低いという欠点があります。SERSは、試料を金属ナノ構造体の上に置き、入射光と金属ナノ構造体の相互作用により、局在表面プラズモン共鳴と呼ばれる効果で電磁場を増強し、ラマン散乱光を1万倍以上に増強することができます。よって、SERSは、ラマン分光法の低感度問題を解決することで、試料中の分子の高感度同定を行うことが可能です。