Η βελτιωμένη επιφανειακή σκέδαση Raman είναι φαινόμενο κατά το οποίο τα κανονικά αχνά φωτεινά σήματα που σχετίζονται με τη σκέδαση Raman γίνονται πολύ πιο ισχυρά και πιο εύκολα ανιχνεύσιμα. Ενώ η φασματοσκοπία Raman είναι ένα χρήσιμο μέσο αναγνώρισης μορίων που υπάρχουν σε ένα υλικό ή διάλυμα, περιορίζεται από το γεγονός ότι το φαινόμενο είναι πολύ ασθενές, με κανονικά μόνο ένα στα 108 εισερχόμενα φωτόνια να υπόκειται σε αυτού του είδους τη σκέδαση. Η βελτιωμένη επιφανειακή σκέδαση Raman έχει ως αποτέλεσμα αυτό το φαινόμενο να ενισχύεται σε μεγάλο βαθμό, συνήθως με συντελεστή 103 έως 106, και σε ορισμένες περιπτώσεις έως και 1015. Η ενίσχυση επιτυγχάνεται όταν τα μόρια που εξετάζονται βρίσκονται σε επαφή ή σε κοντινή απόσταση από ένα μεταλλική επιφάνεια που έχει τραχύτητα στην κλίμακα 10-100 νανόμετρα (nm). Ο άργυρος, ο χρυσός και ο χαλκός δίνουν τα καλύτερα αποτελέσματα και συνήθως χρησιμοποιούνται με τη μορφή νανοσωματιδίων.
Θεωρείται ότι το αποτέλεσμα παράγεται όταν δημιουργούνται πλασμόνια στη μεταλλική επιφάνεια από το φως λέιζερ που χρησιμοποιείται για την επίτευξη ενισχυμένης επιφανειακής σκέδασης Raman. Τα πλασμόνια είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα που διανύουν μικρή απόσταση στην επιφάνεια του μετάλλου όταν το ηλεκτρονιακό νέφος του μετάλλου διεγείρεται από το φως. Οι μικροσκοπικές ανωμαλίες στις επιφάνειες των νανοσωματιδίων φαίνεται να συγκεντρώνουν το αποτέλεσμα, το οποίο αυξάνεται ακόμη περισσότερο όταν τα νανοσωματίδια είναι διατεταγμένα σε συστάδες. Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που δημιουργείται τότε φαίνεται να προκαλεί τα μόρια που βρίσκονται σε άμεση γειτνίαση να επιδεικνύουν πολύ πιο έντονη σκέδαση Raman από ό,τι θα συνέβαινε συνήθως. Θεωρείται επίσης ότι η χημεία μπορεί να διαδραματίσει κάποιο ρόλο σε ορισμένες περιπτώσεις, αλλά η έρευνα για μια πλήρη εξήγηση βρίσκεται σε εξέλιξη.
Αυτό το φαινόμενο οδήγησε στην ανάπτυξη της φασματοσκοπίας Raman ενισχυμένης επιφάνειας (SERS), μιας τεχνικής που έχει επεκτείνει σημαντικά το πεδίο εφαρμογής της φασματοσκοπίας Raman, επιτρέποντας την ανίχνευση εξαιρετικά μικρών ποσοτήτων διαφόρων ουσιών χωρίς την ανάγκη ακριβών οργάνων. Για να μεγιστοποιηθεί το βελτιωμένο επιφανειακό αποτέλεσμα σκέδασης Raman, το υπό έρευνα υλικό εναποτίθεται σε κατάλληλα μεταλλικά νανοσωματίδια, συχνά σε ένα κολλοειδές. Όπως και με την παραδοσιακή φασματοσκοπία Raman, χρησιμοποιείται ένα μονοχρωματικό λέιζερ για την παραγωγή της απαιτούμενης σκέδασης. Πριν αναλυθεί το σκεδαζόμενο φως, το πιο έντονο σήμα που οφείλεται στη σκέδαση Rayleigh φιλτράρεται για να αποτραπεί η υπέρβαση των σημάτων Raman.
Η πολύ βελτιωμένη ευαισθησία της ενισχυμένης επιφανειακής σκέδασης Raman επιτρέπει στην τεχνική να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση πολλών χημικών ενώσεων σε ίχνη. Έχει επομένως εφαρμογές στην ιατροδικαστική, την περιβαλλοντική παρακολούθηση και την ιατρική. Τα μεταλλικά νανοσωματίδια μπορούν να εισαχθούν σε ζωντανά κύτταρα, καθιστώντας δυνατή τη χρήση SERS για τη διερεύνηση της κυτταρικής βιοχημικής δραστηριότητας.