Das als elektromagnetische Wellentheorie bekannte Konzept entstand auf die Arbeit von James Clerk Maxwell und Heinrich Hertz. Nach den von Maxwell postulierten elektrischen und magnetischen Gleichungen ähneln elektromagnetische Felder sowohl in ihrer Struktur als auch in ihrer Wirkung einer Welle. Elektromagnetische Wellen fallen mit der Messung der Lichtgeschwindigkeit zusammen, wodurch Licht selbst zu einer elektromagnetischen Welle wird.
Elektrische Felder sind räumlich veränderlich und erzeugen ein zeitlich veränderliches Magnetfeld. Ebenso tun magnetische Felder dasselbe für elektrische Felder, wodurch die beiden Konzepte im Einklang funktionieren. Zusammen werden die beiden Felder schwingen und eine elektromagnetische Welle erzeugen.
Die physikalischen Eigenschaften der elektromagnetischen Wellentheorie nehmen die Form der Elektrodynamik an. Diese Facette der Theorie bedeutet, dass jedes elektromagnetische Feld, das im selben Raum vorhanden ist, als Vektorfeld betrachtet wird, eine Welle mit Richtung und Länge. Als solches kann es mit anderen Vektorfeldern verschmelzen. Wenn beispielsweise eine elektromagnetische Welle auf ein Molekül trifft, beginnen die Atome innerhalb dieses Moleküls zu schwingen und emittieren ihre eigenen elektromagnetischen Wellen, die auf die ursprüngliche Welle auftreffen. Nach der Theorie der elektromagnetischen Wellen verursacht dies eine Brechung, eine Geschwindigkeitsänderung, oder eine Beugung, eine Wellenlängenänderung.
Da Licht eine Art elektromagnetischer Welle ist, bestimmt die Theorie, dass die Schwingung des Lichts nicht durch andere statische elektrische oder magnetische Felder beeinflusst werden kann. Wechselwirkungen zwischen bestimmten äußeren Ereignissen, wie beispielsweise Licht, das durch einen Kristall wandert, können jedoch eine Wirkung haben. Gemäß der Theorie der elektromagnetischen Wellen verursachen magnetische Felder, die auf Licht auftreffen, den Faraday-Effekt und elektrische Felder, die auf Licht auftreffen, den Kerr-Effekt, eine Verringerung der Geschwindigkeit von Lichtwellen.
Die Frequenz ist ein sehr wichtiger Aspekt dieser Theorie. Die Schwingung der Welle wird in Hertz, der Einheit für die Frequenz, gemessen. Ein Hertz entspricht einer Schwingung pro Sekunde. Wenn eine elektromagnetische Welle, wie im Fall von Licht, Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt, wird sie als Spektrum betrachtet.
Kleine Energieteilchen, Photonen genannt, sind die Grundeinheiten der elektromagnetischen Strahlung. Während sich die Photonen fortbewegen, folgt die Welle und erzeugt eine Frequenz, die proportional zum Teilchen ist. Photonen werden von Atomen absorbiert, die wiederum Elektronen anregen. Wenn das Elektron ein ausreichend hohes Energieniveau erreicht, entkommt es der positiven Anziehung des Kerns. Wenn das Elektronenenergieniveau sinkt, wird ein Lichtphoton emittiert.
Die Theorie der elektromagnetischen Wellen besagt, dass jede Beschleunigung einer elektrischen Ladung oder Änderung des Magnetfelds Strahlung erzeugt. Diese Strahlung kann in Form einer Welle oder eines Teilchens vorliegen. Geschwindigkeit, Wellenlänge und Frequenz sind die mit Wellen verbundenen Faktoren. Teilchen enthalten individualisierte Energie gleich der Frequenz. Unabhängig von der Art breitet sich elektromagnetische Strahlung im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit aus. Diese Tatsache veranlasste Albert Einstein, die Relativitätstheorie aufzustellen.