Fermi-resonansen är en stark växelverkan mellan vibrationsnivåer som uppstår om två vibrationstillstånd i den harmoniska approximationen motsvarar samma eller nästan samma energi (om man inte tar hänsyn till den ömsesidiga påverkan). Fenomenet förklarades först av den berömde italienske fysikern Enrico Fermi .
Förklaringen till uppdelningen av den symmetriska frekvensen för CO 2 -molekylen gavs av Fermi 1931, som var den första som övervägde ömsesidiga störningar av denna typ av vibrationsnivåer. Det infraröda spektrumet av CO 2 visar två mycket intensiva band vid 2349,3 cm −1 och 667,3 cm −1 motsvarande de udda fundamentala vibrationerna A 1u och E 1u . Ramanspektrumet uppvisar en intensiv dubbel linje vid 1285,5 cm −1 , 1388,3 cm −1 motsvarande jämna vibrationer på А 1g . Närvaron av två linjer istället för en är resultatet av resonans.
Om det finns en oavsiktlig degenerering, så på grund av den ömsesidiga påverkan av svängningarna – "störning" av vibrationsnivåerna – hävs degenerationen och splittringen av den degenererade nivån inträffar, ju större desto starkare interaktion. I detta fall är grundfrekvensen för den symmetriska sträckningsvibrationen nästan exakt lika med frekvensen för den första övertonen av böjvibrationen. Nollfrekvenser är ν 1 - 1351,2 cm −1 och ν 2 = 672,2 cm −1 (det vill säga 2ν 2 ≈ ν 1 ) och beräknade utifrån dem, med hänsyn till vibrationernas anharmonicitet, skiljer sig nivåernas positioner endast med 16.7 . cm -1 . På grund av växelverkan mellan vibrationerna ν 1 och 2ν 2 ökar nivåavståndet till 1388,3 - 1285,5 = 102,8 cm −1 , och istället för den intensiva grundfrekvensen ν 1 och den svaga övertonen 2ν 2 erhålls två intensiva frekvenser vardera av vilket motsvarar överlagringen av båda fluktuationerna.
Även om Fermi-resonansen är resultatet av slumpmässig degeneration, är den ganska vanlig, särskilt i komplexa molekyler; på grund av det stora antalet olika övertoner och sammansatta frekvenser är sannolikheten för slumpmässiga sammanträffanden av vibrationsnivåer ganska hög. Det bör noteras att Fermi-resonansen endast kan ske för vibrationsnivåer av en symmetri.