Einsteins spezielle Relativitätstheorie beschreibt Magnetismus als Nebenprodukt der elektrischen Kraft. Daher können diese beiden Kräfte als unterschiedliche Facetten einer grundlegenderen Kraft angesehen werden, die Physiker Elektromagnetismus nennen. Die elektromagnetische Theorie beschreibt eine Sammlung miteinander verbundener wissenschaftlicher Behauptungen, die verwendet werden, um Fragen zu dieser Kraft zu beantworten.
Physiker verwenden Felder als Abstraktionen, um zu beschreiben, wie ein System seine Umgebung beeinflusst. Das elektrische Feld eines geladenen Objekts stellt die Kraft dar, die es auf ein geladenes Teilchen ausüben würde. Näher am Objekt ist das Feld stärker, da die elektrostatische Kraft mit zunehmendem Abstand zwischen zwei Ladungen abnimmt. Magnetfelder sind ähnlich definiert, beschreiben jedoch die Kraft, die auf ein sich bewegendes geladenes Teilchen ausgeübt wird.
Die grundlegendsten Ideen in der elektromagnetischen Theorie sind „ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt ein magnetisches Feld“ und „ein sich änderndes magnetisches Feld erzeugt ein elektrisches Feld“. Diese Prinzipien werden durch Maxwells Gleichungen quantifiziert, die nach James Clerk Maxwell benannt sind, dem schottischen Physiker und Mathematiker, dessen Arbeiten im 19. Die Maxwell-Gleichungen übertragen auch früher bekannte Beziehungen – das Coulomb-Gesetz und das Biot-Savart-Gesetz – in die Sprache der Felder.
Ein geladenes Teilchen erzeugt bei seiner Bewegung ein Magnetfeld, das jedoch senkrecht zur Bewegung des Teilchens steht. Darüber hinaus ist die Wirkung dieses Magnetfelds auf eine zweite bewegte Ladung senkrecht sowohl zum Feld als auch zur Bewegung der zweiten Ladung. Diese beiden Tatsachen führen dazu, dass selbst grundlegende Probleme des Elektromagnetismus komplexe dreidimensionale Überlegungen erfordern. Historisch gesehen verdankt die Entwicklung von Vektoren in Mathematik und Naturwissenschaften einen Großteil ihres Fortschritts der Arbeit von Physikern, die versuchten, die Anwendung der elektromagnetischen Theorie zu abstrahieren und zu vereinfachen.
Im 19. Jahrhundert veränderte die elektromagnetische Theorie das Lichtverständnis der Physiker. Newton hatte Licht in Form von Teilchen beschrieben, die man Korpuskeln nannte, aber Maxwell behauptete, es sei die Manifestation von elektrischen und magnetischen Feldern, die sich gegenseitig durch den Raum drängten. Nach dieser Vorstellung sind sichtbares Licht, Röntgenstrahlen, Radar und viele andere Phänomene alle von Natur aus ähnlich, jedes eine Kombination von elektrischen und magnetischen Feldern, die mit einer anderen Frequenz variieren. Wissenschaftler nennen das Kontinuum all dieser Wellen das elektromagnetische Spektrum.
Der Erfolg der elektromagnetischen Theorie führte im 20. Jahrhundert zum Zusammenbruch der übrigen Newtonschen Physik. Einstein erkannte, dass die Theorie von Maxwell Raum und Zeit für voneinander abhängige, unterschiedliche Koordinaten einer vierdimensionalen Raumzeit benötigt. Darüber hinaus zeigte Einsteins Relativitätstheorie, dass der Raum gekrümmt ist und sich der Zeitverlauf, der von einem Beobachter gemessen wurde, von dem eines anderen unterschied. Diese Entdeckungen waren alle völlig unvereinbar mit Newtons Bewegungstheorie. Somit hat das Studium des Elektromagnetismus direkt oder indirekt verändert, wie Physiker Elektrizität, Magnetismus, Licht, Raum, Zeit und Schwerkraft verstehen.