Pro měření vzorků, které silně absorbují infračervené záření (vodné roztoky, emulze) je výhodná technika zeslabené totální reflektance (ATR - Attenuated Total Reflectance) nazývaná též jako technika vícenásobného zeslabeného vnitřního odrazu (FMIR - Frustated Multiple Internal Reflectance). Jedná se o účinnou rychlou metodu, která vyžaduje minimální přípravu vzorku pro analýzu. ATR analýza vzorků FTIR spektrometrií je rychlá, může být automatizována a eliminuje použití toxických rozpouštědel. 
Technika je založena na principu násobného úplného odrazu záření na fázovém rozhraní měřeného vzorku a měřícího krystalu z materiálu o vysokém indexu lomu. Krystal je většinou planární, ve tvaru lichoběžníkového hranolu. Svazek paprsků je přiveden do krystalu soustavou zrcadel tak, aby úhel dopadu na fázové rozhraní vyhověl podmínce totálního odrazu. Měřený vzorek je v dokonalém kontaktu s ATR krystalem a záření proniká částečně do analyzovaného materiálu. Pokud měřený vzorek absorbuje záření o určité frekvenci, pak tato složka bude v totálně odraženém světle zeslabena. Takto získané spektrum se do značné míry podobá spektru změřenému v transmitančním režimu. Penetrační hloubka do povrchu vzorku je řádově v jednotkách mm, tzn. že charakterizujeme pouze velmi tenké povrchové vrstvy, avšak vzhledem k násobnému odrazu na fázovém rozhraní získáme velmi kvalitní spektrum, ekvivalentní transmisnímu spektru měřenému při tloušťce vzorku řádově desítek mm. Používají se krystaly např. ze ZnSe, AgCl, Si, Ge, safíru, KRS-5 (směs halogenidů thalných). Dnes se jako standardní měřící technika používá převážně lichoběžníkového ZnSe krystalu v horizontálním uspořádání. 
ATR spektrum vzorku je ovlivněno vlnovou délkou infračerveného záření, poměrem indexů lomu měřeného vzorku a ATR krystalu, efektivní dráhou záření, úhlem dopadu záření na fázové rozhraní a kontaktem mezi měřeným vzorkem a ATR krystalem. Výsledná hloubka penetrace záření do vzorku je definována vztahem (1)

d_p = l/2pn_k(sin2Q - (n_v/n_k)²)^1/2                         (1)

kde dp je hloubka průniku záření, l je vlnová délka záření, Q je úhel dopadu záření na fázové rozhraní a nv, nk jsou indexy lomu vzorku a krystalu. Aby došlo k úplnému vnitřnímu odrazu musí být úhel dopadu větší než kritický úhel Qc, který je definován vztahem (2)

Q_c = sin^-1 n_v/n_k                                                   (2)

Z uvedených výrazů je patrné, že penetrační hloubka infračerveného záření do vzorku závisí na vlnové délce záření. S vlnovou délkou záření se zvyšuje hloubka penetrace. Z toho pak plyne, že se relativní intenzity pásů ve spektru snižují s rostoucími hodnotami vlnočtů ve srovnání se spektry v transmitančním modu. Tento jev je matematicky kompenzován, ATR korekce je standartní součástí softwarového vybavení FTIR spektrometrů. 
Index lomu má dva účinky na změnu kritického úhlu. Vliv indexu lomu vzorku a ATR krystalu je zvláště patrný u vzorků, které mají vysoký index lomu. U těchto vzorků úhel dopadu nepřevyšuje výrazně kritický úhel, a proto nalezneme ve spektru distorzní pásy. Poměr indexů lomu též ovlivňuje penetrační hloubku, jak je patrné z výrazu (1). Zvyšováním indexu lomu ATR krystalu se penetrační hloubka snižuje (např. výměnou krystalu z ZnSe za krystal z germánia). Současně se tím sníží efektivní dráha paprsku a relativní intenzita pásů ve spektru. 
Zatímco intenzita pásů v transmitančním spektru je ovlivněna tloušťkou vzorku, v ATR technice je obdobnou veličinou tzv. efektivní dráha záření (EPL - Efective Pathlength), jež je definována jako penetrační hloubka násobená počtem reflexí „N“ infračerveného záření v ATR krystalu daných vztahem (3) 

N = I . cot Q/t                                                     (3)

kde I je délka krystalu a t je tloušťka krystalu. Z výrazu plyne, že s větším úhlem dopadu se snižuje počet reflexí a tím i intenzita pásů ve spektru. Vzhledem k tomu, že je hloubka penetrace záření do vzorku řádově v mikrometrech, je velmi důležité dodržovat dobrý kontakt pevných vzorků s krystalem. Pro zajištění reprodukovatelnosti měření je nutné pokrýt celou plochu krystalu vzorkem.
Neředěné (čisté) vzorky aplikované v tenké vrstvě na ATR krystal nebo čerpané přes průtočnou kyvetu poskytují vysoce kvalitní spektra. Pevné vzorky mohou být měřeny analogicky na přesně temperovaném ATR krystalu nebo v průtočné kyvetě při teplotách nad bodem tání vzorku. Obdobně můžeme touto technikou buď měřit práškové vzorky, zatímco pevné vzorky (papír, folie, gumy) bývají přitlačovány definovanou silou na ATR krystal a lze tak získat rychlou cestou poměrně kvalitní spektra. 

ATR spektrum terpentýnu (FTIR spektrometr Nicolet 740, ATR cela SpectraTech, ZnSe krystal)

Pro měření vodných roztoků byla vyvinuta tzv. Circle Cell (Cylindrical Internal Reflection), která využívá kombinaci konkávního toroidálního zrcadla a konvexního konického zrcadla. Ta vnesou paprsek na ATR krystal pod úhlem 45^o. Obdobný tvar zrcadel je na konci cely a ta usměrňují záření na detektor. Bez vzorku projde celou asi 15 – 20 % vstupní energie záření. Efektivní dráha cely se mění s vlnovou délkou záření a pohybuje se okolo 3,6 mm na blízkém konci cely a 21 mm na vzdáleném konci cely. Tato dráha se blíží ideálu pro vodné roztoky. Toto je založeno na nálezu, že systém obsahující analyzovanou látku v silně absorbujícím rozpouštědle nebo matrici má maximální poměr signál/šum při transmitanci rozpouštědla 1/e tj. 37%. 

ATR spektrum vína Tramín z Hodonína měřeného v Circle Cell (FTIR spektrometr Nicolet 740, SpectraTech)