Einsteins speciella relativitetsteori beskriver magnetism som biprodukten av elektrisk kraft. Därför kan dessa två krafter betraktas som olika aspekter av en mer fundamental kraft, som fysiker kallar elektromagnetism. Elektromagnetisk teori beskriver en samling sammanlänkade vetenskapliga påståenden som används för att svara på frågor om denna kraft.
Fysiker använder fält som abstraktioner för att beskriva hur ett system påverkar sin omgivning. Det elektriska fältet hos ett laddat föremål representerar kraften som det skulle utöva på en laddad partikel. Fältet är starkare närmare objektet eftersom den elektrostatiska kraften minskar när avståndet mellan två laddningar ökar. Magnetiska fält definieras på liknande sätt, förutom att de beskriver kraften som utövas på en laddad partikel i rörelse.
De mest grundläggande idéerna inom elektromagnetisk teori är ”ett föränderligt elektriskt fält genererar ett magnetfält” och ”ett föränderligt magnetfält genererar ett elektriskt fält.” Dessa principer kvantifieras av Maxwells ekvationer, uppkallade efter James Clerk Maxwell, den skotske fysikern och matematikern vars arbete under 19-talet etablerade disciplinen genom att revolutionera hur fysiker uppfattade ljus. Maxwells ekvationer gjuter också tidigare kända relationer – Coulombs lag och Biot-Savart-lagen – i fältspråket.
En laddad partikel genererar ett magnetfält när den rör sig, men magnetfältet är vinkelrätt mot partikelns rörelse. Dessutom är effekten detta magnetfält har på en andra rörlig laddning vinkelrät mot både fältet och rörelsen hos den andra laddningen. Dessa två fakta gör att även grundläggande problem inom elektromagnetism kräver komplexa, tredimensionella resonemang. Historiskt sett beror utvecklingen av vektorer inom matematik och vetenskap mycket av dess framsteg till fysikers arbete som försöker abstrahera och förenkla användningen av elektromagnetisk teori.
På 19-talet förändrade den elektromagnetiska teorin hur fysiker förstod ljus. Newton hade beskrivit ljus i termer av partiklar som kallas kroppar, men Maxwell hävdade att det var manifestationen av elektriska och magnetiska fält som drev varandra genom rymden. Enligt denna uppfattning är synligt ljus, röntgenstrålar, radar och många andra fenomen alla till sin natur lika, var och en en kombination av elektriska och magnetiska fält som varierar med olika frekvenser. Forskare kallar kontinuumet av alla sådana vågor för det elektromagnetiska spektrumet.
Framgången med elektromagnetisk teori ledde till kollapsen av resten av Newtons fysik på 20-talet. Einstein insåg att Maxwells teori krävde rum och tid för att vara beroende av olika koordinater för en fyrdimensionell rumtid. Dessutom visade Einsteins relativitetsteori att rymden var krökt och tidens gång mätt av en observatör skiljde sig från den som mättes av en annan. Dessa upptäckter var alla helt oförenliga med Newtons rörelseteori. Således har studiet av elektromagnetism, direkt eller indirekt, förändrat hur fysiker förstår elektricitet, magnetism, ljus, rum, tid och gravitation.