Wenn Materie von elektromagnetischen Wellen mit relativ kurzen Wellenlängen wie ultraviolettem Licht oder sichtbarem Licht getroffen wird, können ihre Atome Elektronen emittieren. Dieser Prozess ist als photoelektrischer Effekt oder seltener als Hertz-Effekt bekannt und tritt auf, weil elektromagnetische Wellen Energie besitzen, die in der Lage ist, die Elektronen in einem Atom zu verdrängen. Die Beobachtung des photoelektrischen Effekts half, einige Fragen über die Natur des Lichts und über die Natur der Atome zu klären. Licht, so wurde entdeckt, kann sowohl als Welle als auch als Teilchen wirken; Licht bewegt sich in Wellenbewegungen, kann aber physikalisch auf Oberflächen auftreffen und sogar mechanische Veränderungen verursachen, indem es Elektronen von Atomen ablöst.
Der photoelektrische Effekt wird normalerweise beobachtet, wenn Licht auf metallische Oberflächen gestrahlt wird. Der Lichtstrahl, der in eine Metalloberfläche einfällt, wird als Photokathode bezeichnet, und die Elektronen, die sie von einem Atom ausstoßen, werden als Photoelektronen bezeichnet. Wenn Licht auf eine leitfähige Metalloberfläche strahlt, kann sich tatsächlich ein elektrischer Strom bilden, der als Photostrom bezeichnet wird. Als lichtempfindliche Stoffe werden lichtempfindliche Materialien bezeichnet, wie die Metalle, die durch Licht einen elektrischen Strom führen können.
Die Anzahl der durch den photoelektrischen Effekt ausgestoßenen Elektronen hängt eng mit der Frequenz und der Intensität des auf die Metalloberfläche gestrahlten Lichts zusammen. Niederfrequentes Licht, das eine lange Wellenlänge hat, neigt dazu, wenige, wenn überhaupt, Elektronen von einer metallischen Oberfläche zu entfernen. Dies ist der Fall, wenn das Licht von hoher oder niedriger Intensität ist. Bei hoher Frequenz neigt Licht jedoch dazu, weit mehr Elektronen zu verdrängen, insbesondere wenn das Licht besonders intensiv ist. Dies bedeutet im Grunde, dass rotes Licht bei jeder Intensität nur sehr wenige Elektronen freisetzt, blaues Licht jedoch viele verdrängt.
Die Beobachtung des photoelektrischen Effekts lieferte starke Beweise für die Quantennatur des Lichts, die zuvor nicht viel Unterstützung gefunden hatte. Es unterstützte auch die Welle-Teilchen-Dualitätstheorie des Lichts zu einer Zeit, als die meisten Wissenschaftler glaubten, dass sich Licht entweder als Teilchen oder als Welle verhielt, nicht als beides.
Licht existiert in diskreten Teilchen, den sogenannten Photonen, die wissenschaftlich als Lichtquanten bezeichnet werden. Ein Photon ist ein Lichtquant; es ist die kleinste Lichteinheit, die möglicherweise mit allem anderen interagieren kann. Lichtquanten treffen und verdrängen Elektronen, wenn Licht auf eine metallische Oberfläche fällt; Dies ist der photoelektrische Effekt.