Površinsko izboljšano Ramanovo sipanje je pojav, pri katerem običajno šibki svetlobni signali, ki so povezani z Ramanskim sipanjem, postanejo veliko močnejši in jih je lažje zaznati. Medtem ko je Ramanova spektroskopija uporabno sredstvo za identifikacijo molekul, prisotnih v materialu ali raztopini, je omejena z dejstvom, da je učinek zelo šibek, saj je običajno le eden od vsakih 108 vhodnih fotonov, ki je podvržen tovrstnemu sipanju. Površinsko izboljšano Ramanovo sipanje povzroči, da se ta učinek močno okrepi, običajno za faktor 103 do 106, v nekaterih okoliščinah pa tudi do 1015. Okrepitev se doseže, ko so preiskovane molekule v stiku z ali v neposredni bližini kovinska površina, ki ima hrapavost na lestvici 10-100 nanometrov (nm). Srebro, zlato in baker dajejo najboljše rezultate in se običajno uporabljajo v obliki nanodelcev.
Domneva se, da učinek nastane, ko na kovinski površini nastanejo plazmoni z lasersko svetlobo, ki se uporablja za doseganje površinsko povečanega Ramanovega sipanja. Plazmoni so elektromagnetno valovanje, ki potuje na kratko razdaljo po površini kovine, ko kovinski elektronski oblak stimulira svetloba. Zdi se, da drobne nepravilnosti na površinah nanodelcev koncentrirajo učinek, ki se še poveča, ko so nanodelci razporejeni v grozde. Zdi se, da ustvarjeno elektromagnetno polje povzroči, da molekule v neposredni bližini pokažejo veliko intenzivnejše Ramanovo sipanje, kot bi bilo običajno. Prav tako se domneva, da bi lahko v nekaterih primerih imela vlogo kemija, vendar raziskave za popolno razlago še potekajo.
Ta učinek je pripeljal do razvoja površinsko izboljšane Ramanove spektroskopije (SERS), tehnike, ki je močno razširila obseg Ramanove spektroskopije in omogoča odkrivanje izjemno majhnih količin različnih snovi brez potrebe po dragih instrumentih. Da bi povečali površinsko povečan učinek Ramanovega sipanja, se preiskovani material nanese na ustrezne kovinske nanodelce, pogosto v koloidu. Tako kot pri tradicionalni Ramanovi spektroskopiji se za zahtevano sipanje uporablja monokromatski laser. Preden se analizira razpršena svetloba, se intenzivnejši signal zaradi Rayleighovega sipanja filtrira, da prepreči, da bi prevladal nad Ramanovimi signali.
Močno izboljšana občutljivost površinsko izboljšanega Ramanovega sipanja omogoča uporabo tehnike za odkrivanje številnih kemičnih spojin v sledovih. Zato se uporablja v forenziki, spremljanju okolja in medicini. Kovinske nanodelce je mogoče vnesti v žive celice, kar omogoča uporabo SERS za raziskovanje celične biokemične aktivnosti.