Η θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν περιγράφει τον μαγνητισμό ως το υποπροϊόν της ηλεκτρικής δύναμης. Ως εκ τούτου, αυτές οι δύο δυνάμεις μπορούν να θεωρηθούν διαφορετικές όψεις μιας πιο θεμελιώδους δύναμης, την οποία οι φυσικοί ονομάζουν ηλεκτρομαγνητισμό. Η ηλεκτρομαγνητική θεωρία περιγράφει μια συλλογή διασυνδεδεμένων επιστημονικών ισχυρισμών που χρησιμοποιούνται για να απαντηθούν ερωτήσεις σχετικά με αυτή τη δύναμη.
Οι φυσικοί χρησιμοποιούν πεδία ως αφαιρέσεις για να περιγράψουν πώς ένα σύστημα επηρεάζει το περιβάλλον του. Το ηλεκτρικό πεδίο ενός φορτισμένου αντικειμένου αντιπροσωπεύει τη δύναμη που θα ασκούσε σε ένα φορτισμένο σωματίδιο. Το πεδίο είναι ισχυρότερο πιο κοντά στο αντικείμενο επειδή η ηλεκτροστατική δύναμη μειώνεται όσο αυξάνεται η απόσταση μεταξύ δύο φορτίων. Τα μαγνητικά πεδία ορίζονται παρόμοια, εκτός από το ότι περιγράφουν τη δύναμη που ασκείται σε ένα κινούμενο φορτισμένο σωματίδιο.
Οι πιο βασικές ιδέες στην ηλεκτρομαγνητική θεωρία είναι «ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο» και «ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο». Αυτές οι αρχές ποσοτικοποιούνται από τις εξισώσεις του Maxwell, που ονομάστηκαν από τον James Clerk Maxwell, τον Σκωτσέζο φυσικό και μαθηματικό του οποίου η εργασία τον 19ο αιώνα καθιέρωσε την πειθαρχία φέρνοντας επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο οι φυσικοί αντιλαμβάνονταν το φως. Οι εξισώσεις του Maxwell ρίχνουν επίσης παλαιότερα γνωστές σχέσεις – τον νόμο του Coulomb και τον νόμο Biot-Savart – στη γλώσσα των πεδίων.
Ένα φορτισμένο σωματίδιο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο καθώς κινείται, αλλά το μαγνητικό πεδίο είναι κάθετο στην κίνηση του σωματιδίου. Επιπλέον, η επίδραση αυτού του μαγνητικού πεδίου σε ένα δεύτερο κινούμενο φορτίο είναι κάθετη τόσο στο πεδίο όσο και στην κίνηση του δεύτερου φορτίου. Αυτά τα δύο γεγονότα προκαλούν ακόμη και βασικά προβλήματα στον ηλεκτρομαγνητισμό να απαιτούν πολύπλοκο, τρισδιάστατο συλλογισμό. Ιστορικά, η ανάπτυξη των διανυσμάτων στα μαθηματικά και την επιστήμη οφείλει μεγάλο μέρος της προόδου της στο έργο των φυσικών που προσπαθούν να αφαιρέσουν και να απλοποιήσουν τη χρήση της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας.
Τον 19ο αιώνα, η ηλεκτρομαγνητική θεωρία άλλαξε τον τρόπο με τον οποίο οι φυσικοί κατανοούσαν το φως. Ο Νεύτωνας είχε περιγράψει το φως με όρους σωματιδίων που ονομάζονταν σωμάτια, αλλά ο Μάξγουελ ισχυρίστηκε ότι ήταν η εκδήλωση ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων που έσπρωχναν το ένα το άλλο στο διάστημα. Σύμφωνα με αυτή την αντίληψη, το ορατό φως, οι ακτίνες Χ, το ραντάρ και πολλά άλλα φαινόμενα είναι όλα εγγενώς παρόμοια, καθένα από τα οποία είναι ένας συνδυασμός ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων που ποικίλλουν σε διαφορετική συχνότητα. Οι επιστήμονες ονομάζουν το συνεχές όλων αυτών των κυμάτων ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.
Η επιτυχία της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας οδήγησε στην κατάρρευση της υπόλοιπης νευτώνειας φυσικής τον 20ο αιώνα. Ο Αϊνστάιν συνειδητοποίησε ότι η θεωρία του Μάξγουελ απαιτούσε χώρο και χρόνο να αλληλοεξαρτώνται, διαφορετικές συντεταγμένες ενός τετραδιάστατου χωροχρόνου. Επιπλέον, η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν έδειξε ότι ο χώρος ήταν καμπύλος και το πέρασμα του χρόνου που μετρήθηκε από έναν παρατηρητή διέφερε από αυτό που μετρούσε ένας άλλος. Αυτές οι ανακαλύψεις ήταν όλες εντελώς ασυμβίβαστες με τη θεωρία της κίνησης του Νεύτωνα. Έτσι, η μελέτη του ηλεκτρομαγνητισμού έχει, άμεσα ή έμμεσα, αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο οι φυσικοί κατανοούν τον ηλεκτρισμό, τον μαγνητισμό, το φως, τον χώρο, τον χρόνο και τη βαρύτητα.