Când materia este lovită de unde electromagnetice cu lungimi de undă relativ scurte, cum ar fi lumina ultravioletă sau lumina vizibilă, atomii săi pot emite electroni. Acest proces este cunoscut sub numele de efect fotoelectric sau, mai puțin frecvent, efect Hertz și are loc deoarece undele electromagnetice posedă energie care este capabilă să disloce electronii dintr-un atom. Observarea efectului fotoelectric a ajutat la clarificarea unor probleme despre natura luminii și despre natura atomilor. S-a descoperit că lumina poate acționa atât ca undă, cât și ca particule; lumina se deplasează în mișcarea ondulată, dar poate afecta fizic suprafețele și chiar poate provoca modificări mecanice prin dislocarea electronilor din atomi.
Efectul fotoelectric este de obicei observat atunci când lumina este strălucită pe suprafețele metalice. Fasciculul de lumină care strălucește pe o suprafață metalică este denumit fotocatod, iar electronii pe care îi ejectează dintr-un atom se numesc fotoelectroni. Lumina strălucitoare pe o suprafață metalică conductivă poate provoca de fapt formarea unui curent electric, numit fotocurent. Un material care este sensibil la lumină, cum ar fi metalele care pot transporta un curent electric din cauza luminii, sunt denumite substanțe fotosensibile.
Numărul de electroni ejectați ca urmare a efectului fotoelectric este strâns legat de frecvența și intensitatea luminii strălucite pe suprafața metalului. Lumina de joasă frecvență, care are o lungime de undă mare, tinde să disloce puțini, dacă există, electroni de pe o suprafață metalică. Acest lucru este valabil dacă lumina este de intensitate mare sau de intensitate scăzută. Cu toate acestea, la frecvență înaltă, lumina tinde să disloce mult mai mulți electroni, mai ales dacă lumina este deosebit de intensă. Aceasta înseamnă că, la orice intensitate, lumina roșie va elibera foarte puțini electroni, dar lumina albastră va disloca mulți.
Observarea efectului fotoelectric a prezentat dovezi puternice pentru natura cuantică a luminii, care anterior nu a avut prea mult sprijin. De asemenea, a susținut teoria dualității undă-particulă a luminii într-un moment în care majoritatea oamenilor de știință credeau că lumina se comportă fie ca o particule, fie ca o undă, nu ca ambele.
Lumina există în particule discrete cunoscute sub numele de fotoni, care sunt descrise științific ca cuante de lumină. Un foton este un cuantum de lumină; este cea mai mică unitate de lumină care poate interacționa cu orice altceva. Quanta de lumină lovește și disloca electronii atunci când lumina este strălucită pe o suprafață metalică; acesta este efectul fotoelectric.