Conceptul cunoscut sub numele de teoria undelor electromagnetice a apărut în lucrarea lui James Clerk Maxwell și Heinrich Hertz. Conform ecuațiilor electrice și magnetice postulate de Maxwell, câmpurile electromagnetice seamănă cu o undă atât în structură, cât și în acțiune. Undele electromagnetice coincid cu măsurarea vitezei luminii, făcând din lumină o undă electromagnetică în sine.
Câmpurile electrice variază spațial și generează un câmp magnetic care variază în timp. La fel, câmpurile magnetice vor face același lucru pentru câmpurile electrice, făcând ca cele două concepte să opereze la unison. Împreună, cele două câmpuri vor oscila și vor crea o undă electromagnetică.
Proprietățile fizice ale teoriei undelor electromagnetice iau forma electrodinamicii. Această fațetă a teoriei înseamnă că orice câmp electromagnetic prezent în același spațiu este considerat un câmp vectorial, o undă cu direcție și lungime. Ca atare, se poate îmbina împreună cu alte câmpuri vectoriale. De exemplu, atunci când o undă electromagnetică impactează o moleculă, atomii din acea moleculă încep să oscileze, emitând propriile unde electromagnetice, impactând unda originală. Conform teoriei undelor electromagnetice, acest lucru va provoca refracția, o schimbare a vitezei sau difracția, o schimbare a lungimii de undă.
Deoarece lumina este un tip de undă electromagnetică, teoria determină că oscilația luminii nu poate fi afectată de alte câmpuri electrice sau magnetice statice. Cu toate acestea, interacțiunile dintre anumite evenimente exterioare, cum ar fi lumina care călătorește printr-un cristal, pot avea un efect. Conform teoriei undelor electromagnetice, câmpurile magnetice care afectează lumina vor provoca efectul Faraday, iar câmpurile electrice care afectează lumina vor provoca efectul Kerr, o reducere a vitezei undelor luminoase.
Frecvența este un aspect foarte important al acestei teorii. Oscilația undei este măsurată prin herți, unitatea de măsură pentru frecvență. Un hertz este egal cu o oscilație pe secundă. Când o undă electromagnetică, ca în cazul luminii, creează unde la frecvențe diferite, este considerată un spectru.
Particulele mici de energie numite fotoni sunt unitățile de bază ale radiației electromagnetice. Pe măsură ce fotonii călătoresc, unda urmează și creează o frecvență proporțională cu particulei. Fotonii sunt absorbiți de atomi, care, la rândul lor, excită electronii. Când electronul atinge un nivel de energie suficient de ridicat, scapă de atracția pozitivă a nucleului. Dacă nivelul energiei electronilor scade, se emite un foton de lumină.
Teoria undelor electromagnetice afirmă că orice accelerare a unei sarcini electrice sau modificare a câmpului magnetic produce radiație. Această radiație poate veni fie sub formă de undă, fie sub formă de particule. Viteza, lungimea de undă și frecvența sunt factorii asociați cu undele. Particulele conțin energie individualizată egală cu frecvența. Indiferent de tip, radiația electromagnetică se deplasează cu viteza luminii în vid. Acest fapt l-a determinat pe Albert Einstein să stabilească teoria relativității.