Η κβαντική ηλεκτροδυναμική (QED) είναι η θεωρία κβαντικού πεδίου που εξηγεί πώς τα ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μέσω της ανταλλαγής φωτονίων (ελαφριά «κβάντα» ή μικρά πακέτα φωτός). Τα φωτόνια, και επομένως οι αλληλεπιδράσεις σε ένα QED, διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός. Το QED αναφέρεται ως θεωρία μετρητή, με ένα μαθηματικά καθορισμένο πεδίο μετρητή που αντιπροσωπεύει την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Η θεωρία εξηγεί επίσης τον μαγνητισμό, καθώς ο μαγνητισμός και ο ηλεκτρισμός είναι δύο εκδηλώσεις της ίδιας υποκείμενης δύναμης, του ηλεκτρομαγνητισμού.
Η θεωρία του QED είναι μια από τις πιο καλά επαληθευμένες θεωρίες στη Γη, μερικές φορές δίνει ακριβή αποτελέσματα με δέκα δεκαδικά ψηφία και ήταν η πρώτη θεωρία κβαντικού πεδίου που ονομάστηκε συνεπής και πλήρης. Μια πρόβλεψη που έγινε από την QED βρέθηκε να είναι ακριβής έως και 0038 μέρη ανά εκατομμύριο, ίσως η πιο ακριβής και ακριβής φυσική πρόβλεψη που έγινε ποτέ. Ο υπολογισμός σωστών λύσεων στη συμπεριφορά συστημάτων με αλληλεπιδρώντα μέρη ή μεγαλύτερα τροχιακά ηλεκτρονίων γίνεται εκθετικά πιο δύσκολος όσο αυξάνεται ο αριθμός των συστατικών, με ορισμένους υπολογισμούς που απαιτούν κυριολεκτικά δεκαετίες εργασίας για τον υπολογισμό και την επαλήθευση.
Από τις τέσσερις δυνάμεις της φύσης — ηλεκτρομαγνητισμός, αδύναμη πυρηνική δύναμη, ισχυρή πυρηνική δύναμη και βαρύτητα — ο ηλεκτρομαγνητισμός είναι πιθανώς ο πιο εύκολος να εξηγηθεί αυστηρά, αν και η πλήρης εξήγησή του χρειάστηκε εκατοντάδες επιστήμονες δεκαετίες εργασίας. Η θεωρία αναπτύχθηκε ικανοποιητικά στα τέλη της δεκαετίας του σαράντα, χάρη στην ανεξάρτητη εργασία των Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger και Richard Feynman. Έλαβαν το Νόμπελ Φυσικής το 1965 για την προσπάθειά τους.
Εάν ο ηλεκτρομαγνητισμός ήταν η μόνη δύναμη της φύσης που δρούσε στο σύμπαν, το QED θα προσέφερε μια πλήρη περιγραφή της ακριβούς φύσης του. Ωστόσο, δεν είναι, και η αναζήτηση συνεχίζεται για μια κβαντική θεωρία πεδίου που ενσωματώνει και τις τέσσερις δυνάμεις. Επιπλέον, η επίλυση εξισώσεων στο QED είναι πολύ δύσκολη, πιο δύσκολη από τα συμβατικά προβλήματα κβαντομηχανικής, καθώς το QED είναι μια γενίκευση της κβαντικής μηχανικής στην ειδική σχετικότητα. Οι πιο διάσημες εικόνες που σχετίζονται με το QED είναι τα διαγράμματα Feynman του Richard Feynman, τα οποία χρησιμοποιούν ευθείες και σαθρές γραμμές για να αναλύσουν τους διαφορετικούς τρόπους με τους οποίους τα σωματίδια ανταλλάσσουν φωτόνια για να αλληλεπιδράσουν φυσικά.
Η θεωρία του QED εξακολουθεί να παράγει μαθηματικά άπειρα σε ορισμένα περιβάλλοντα, και ενώ πολλά από αυτά τα προβλήματα έχουν επιλυθεί, παραμένουν σε ένα ορισμένο επίπεδο. Έχουν αναπτυχθεί αλγόριθμοι ad hoc επανακανονικοποίησης για να εξομαλύνουν αυτές τις θεωρητικές ατέλειες. Αυτά τα άπειρα υποδηλώνουν ότι το QED δεν είναι σε καμία περίπτωση μια τελική θεωρία, αφήνοντας το μέλλον ανοιχτό στην ανακάλυψη μιας πιο ακριβούς θεωρίας, μια θεωρίας που βλέπει τον ηλεκτρομαγνητισμό στο πλαίσιο των άλλων τριών δυνάμεων της φύσης.