Electrodinamica cuantică (QED) este teoria câmpului cuantic care explică modul în care particulele încărcate electric interacționează între ele prin schimbul de fotoni („quanta” de lumină sau pachete mici de lumină). Fotonii și, prin urmare, interacțiunile într-un QED, se propagă cu viteza luminii. QED este denumită o teorie gauge, cu un câmp gauge specificat matematic reprezentând forța electromagnetică. Teoria explică și magnetismul, deoarece magnetismul și electricitatea sunt două manifestări ale aceleiași forțe subiacente, electromagnetismul.
Teoria QED este una dintre cele mai bine verificate teorii de pe Pământ, uneori dând rezultate precise cu zece zecimale și a fost prima teorie cuantică a câmpului numită consistentă și completă. O predicție făcută de QED s-a dovedit a fi precisă cu până la 0038 părți per milion, probabil cea mai precisă și mai precisă predicție fizică făcută vreodată. Calcularea soluțiilor corecte la comportamentul sistemelor cu părți care interacționează sau cu orbitali de electroni mai mari devine exponențial mai dificilă pe măsură ce numărul componentelor crește, unele calcule necesitând literalmente zeci de ani de muncă pentru calculare și verificare.
Dintre cele patru forțe ale naturii – electromagnetismul, forța nucleară slabă, forța nucleară puternică și gravitația – electromagnetismul este probabil cel mai ușor de explicat riguros, deși pentru a explica complet a fost nevoie de multe sute de oameni de știință decenii de muncă. Teoria a fost dezvoltată spre satisfacție la sfârșitul anilor patruzeci, datorită lucrării independente a lui Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger și Richard Feynman. Ei au primit Premiul Nobel pentru Fizică în 1965 pentru efortul lor.
Dacă electromagnetismul ar fi singura forță a naturii care operează în univers, QED ar oferi o descriere completă a naturii sale exacte. Cu toate acestea, nu este, iar căutarea continuă pentru o teorie cuantică a câmpului care să integreze toate cele patru forțe. În plus, rezolvarea ecuațiilor în QED este foarte dificilă, mai dificilă decât problemele convenționale de mecanică cuantică, deoarece QED este o generalizare a mecanicii cuantice la relativitatea specială. Imaginile cele mai cunoscute asociate cu QED sunt diagramele Feynman ale lui Richard Feynman, care folosesc linii drepte și ondulate pentru a analiza diferitele moduri în care particulele schimbă fotoni pentru a interacționa fizic.
Teoria QED încă produce infinitate matematice în anumite contexte și, deși multe dintre aceste probleme au fost rezolvate, ele persistă la un anumit nivel. Algoritmi de renormalizare ad-hoc au fost dezvoltați pentru a netezi aceste imperfecțiuni teoretice. Aceste infinitate sugerează că QED nu este în nici un caz o teorie finală, lăsând viitorul deschis descoperirii unei teorii mai precise, una care vede electromagnetismul în contextul celorlalte trei forțe ale naturii.