Όταν η ύλη χτυπιέται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα με σχετικά μικρά μήκη κύματος, όπως το υπεριώδες φως ή το ορατό φως, τα άτομα της μπορούν να εκπέμπουν ηλεκτρόνια. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως φωτοηλεκτρικό φαινόμενο ή, λιγότερο συχνά, φαινόμενο Hertz, και συμβαίνει επειδή τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαθέτουν ενέργεια που είναι ικανή να εκτοπίσει τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο. Η παρατήρηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου βοήθησε να διευκρινιστούν ορισμένα ζητήματα σχετικά με τη φύση του φωτός και τη φύση των ατόμων. Το φως, όπως ανακαλύφθηκε, μπορεί να δράσει και ως κύμα και ως σωματίδιο. Το φως ταξιδεύει σε κυματική κίνηση, αλλά μπορεί να προσκρούσει φυσικά σε επιφάνειες και ακόμη και να προκαλέσει μηχανικές αλλαγές αποσπώντας ηλεκτρόνια από τα άτομα.
Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο παρατηρείται συνήθως όταν το φως πέφτει σε μεταλλικές επιφάνειες. Η δέσμη φωτός που λάμπει σε μια μεταλλική επιφάνεια αναφέρεται ως φωτοκάθοδος και τα ηλεκτρόνια που εκτοξεύει από ένα άτομο ονομάζονται φωτοηλεκτρόνια. Το λαμπερό φως σε μια αγώγιμη μεταλλική επιφάνεια μπορεί στην πραγματικότητα να προκαλέσει τη δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος, που ονομάζεται φωτορεύμα. Ένα υλικό που είναι ευαίσθητο στο φως, όπως τα μέταλλα που μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα λόγω του φωτός, αναφέρονται ως φωτοευαίσθητες ουσίες.
Ο αριθμός των ηλεκτρονίων που εκτοξεύονται ως αποτέλεσμα του φωτοηλεκτρικού φαινομένου σχετίζεται στενά με τη συχνότητα και την ένταση του φωτός που εκπέμπεται στην μεταλλική επιφάνεια. Το φως χαμηλής συχνότητας, το οποίο έχει μεγάλο μήκος κύματος, τείνει να απομακρύνει λίγα, εάν υπάρχουν, ηλεκτρόνια από μια μεταλλική επιφάνεια. Αυτό ισχύει εάν το φως είναι υψηλής ή χαμηλής έντασης. Σε υψηλή συχνότητα, ωστόσο, το φως τείνει να απομακρύνει πολύ περισσότερα ηλεκτρόνια, ειδικά αν το φως είναι ιδιαίτερα έντονο. Αυτό ουσιαστικά σημαίνει ότι, σε οποιαδήποτε ένταση, το κόκκινο φως θα απελευθερώσει πολύ λίγα ηλεκτρόνια, αλλά το μπλε φως θα απομακρύνει πολλά.
Η παρατήρηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου παρουσίασε ισχυρές ενδείξεις για την κβαντική φύση του φωτός, η οποία προηγουμένως δεν είχε μεγάλη υποστήριξη. Υποστήριξε επίσης τη θεωρία της δυαδικότητας κύματος-σωματιδίου του φωτός σε μια εποχή που οι περισσότεροι επιστήμονες πίστευαν ότι το φως συμπεριφερόταν είτε ως σωματίδιο είτε ως κύμα, όχι και τα δύο.
Το φως υπάρχει σε διακριτά σωματίδια γνωστά ως φωτόνια, τα οποία επιστημονικά περιγράφονται ως κβάντα φωτός. Ένα φωτόνιο είναι ένα κβάντο φωτός. είναι η μικρότερη μονάδα φωτός που μπορεί ενδεχομένως να αλληλεπιδράσει με οτιδήποτε άλλο. Τα κβάντα φωτός χτυπούν και απομακρύνουν ηλεκτρόνια όταν το φως εκπέμπεται σε μια μεταλλική επιφάνεια. αυτό είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.