Cuando la materia es golpeada por ondas electromagnéticas con longitudes de onda relativamente cortas, como la luz ultravioleta o la luz visible, sus átomos pueden emitir electrones. Este proceso se conoce como efecto fotoeléctrico o, menos comúnmente, efecto Hertz, y ocurre porque las ondas electromagnéticas poseen energía que es capaz de desalojar los electrones en un átomo. La observación del efecto fotoeléctrico ayudó a aclarar algunas cuestiones sobre la naturaleza de la luz y sobre la naturaleza de los átomos. Se descubrió que la luz puede actuar tanto como onda como como partícula; la luz viaja en movimiento ondulatorio pero puede impactar físicamente las superficies e incluso causar cambios mecánicos al desprender electrones de los átomos.
El efecto fotoeléctrico se suele observar cuando la luz incide sobre superficies metálicas. El haz de luz que brilla en una superficie de metal se denomina fotocátodo y los electrones que expulsa de un átomo se denominan fotoelectrones. Hacer brillar la luz sobre una superficie metálica conductora puede provocar la formación de una corriente eléctrica, denominada fotocorriente. Un material que es sensible a la luz, como los metales que pueden transportar una corriente eléctrica debido a la luz, se denominan sustancias fotosensibles.
El número de electrones expulsados como resultado del efecto fotoeléctrico está estrechamente relacionado con la frecuencia y la intensidad de la luz que brilla sobre la superficie del metal. La luz de baja frecuencia, que tiene una longitud de onda larga, tiende a desprender pocos electrones, si es que los hay, de una superficie metálica. Esto es cierto si la luz es de alta o baja intensidad. Sin embargo, a alta frecuencia, la luz tiende a desprender muchos más electrones, especialmente si la luz es particularmente intensa. Esto básicamente significa que, a cualquier intensidad, la luz roja liberará muy pocos electrones, pero la luz azul desalojará muchos.
La observación del efecto fotoeléctrico presentó una fuerte evidencia de la naturaleza cuántica de la luz, que anteriormente no había tenido mucho apoyo. También apoyó la teoría de la luz de la dualidad onda-partícula en un momento en que la mayoría de los científicos creían que la luz se comportaba como una partícula o como una onda, no como ambas.
La luz existe en partículas discretas conocidas como fotones, que se describen científicamente como cuantos de luz. Un fotón es un cuanto de luz; es la unidad de luz más pequeña que posiblemente puede interactuar con cualquier otra cosa. Los cuantos de luz golpean y desprenden electrones cuando la luz brilla sobre una superficie metálica; este es el efecto fotoeléctrico.