Konsep yang dikenal sebagai teori gelombang elektromagnetik berawal dari karya James Clerk Maxwell dan Heinrich Hertz. Menurut persamaan listrik dan magnet yang didalilkan oleh Maxwell, medan elektromagnetik menyerupai gelombang baik dalam struktur maupun aksinya. Gelombang elektromagnetik bertepatan dengan pengukuran kecepatan cahaya, menjadikan cahaya sebagai gelombang elektromagnetik itu sendiri.
Medan listrik bervariasi secara spasial dan menghasilkan medan magnet yang bervariasi terhadap waktu. Demikian pula, medan magnet akan melakukan hal yang sama untuk medan listrik, membuat kedua konsep tersebut beroperasi secara serempak. Bersama-sama kedua medan akan berosilasi dan menciptakan gelombang elektromagnetik.
Sifat fisik dari teori gelombang elektromagnetik berbentuk elektrodinamika. Aspek teori ini berarti bahwa setiap medan elektromagnetik yang ada di ruang yang sama dianggap sebagai medan vektor, gelombang dengan arah dan panjang. Dengan demikian, ia dapat bergabung bersama dengan bidang vektor lainnya. Misalnya, ketika gelombang elektromagnetik berdampak pada molekul, atom di dalam molekul itu mulai berosilasi, memancarkan gelombang elektromagnetiknya sendiri, memengaruhi gelombang aslinya. Menurut teori gelombang elektromagnetik, ini akan menyebabkan pembiasan, perubahan kecepatan, atau difraksi, perubahan panjang gelombang.
Karena cahaya adalah jenis gelombang elektromagnetik, teori menentukan bahwa osilasi cahaya tidak dapat dipengaruhi oleh medan listrik atau magnet statis lainnya. Namun, interaksi antara peristiwa eksterior tertentu, seperti perjalanan cahaya melalui kristal, dapat memiliki efek. Menurut teori gelombang elektromagnetik, medan magnet yang memengaruhi cahaya akan menyebabkan efek Faraday dan medan listrik yang memengaruhi cahaya akan menyebabkan efek Kerr, pengurangan kecepatan gelombang cahaya.
Frekuensi adalah aspek yang sangat penting dari teori ini. Osilasi gelombang diukur dengan hertz, satuan frekuensi. Satu hertz sama dengan satu osilasi per detik. Ketika gelombang elektromagnetik, seperti dalam kasus cahaya, menciptakan gelombang pada frekuensi yang berbeda, itu dianggap sebagai spektrum.
Partikel kecil energi yang disebut foton adalah unit dasar radiasi elektromagnetik. Saat foton bergerak, gelombang mengikuti dan menciptakan frekuensi yang sebanding dengan partikel. Foton diserap oleh atom, yang, pada gilirannya, membangkitkan elektron. Ketika elektron mencapai tingkat energi yang cukup tinggi, elektron lolos dari gaya tarik positif inti. Jika tingkat energi elektron lebih rendah, foton cahaya dipancarkan.
Teori gelombang elektromagnetik menyatakan bahwa setiap percepatan muatan listrik atau perubahan medan magnet menghasilkan radiasi. Radiasi ini bisa datang dalam bentuk gelombang atau partikel. Kecepatan, panjang gelombang dan frekuensi adalah faktor yang terkait dengan gelombang. Partikel mengandung energi individual yang sama dengan frekuensi. Terlepas dari jenisnya, radiasi elektromagnetik bergerak dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa. Fakta ini mendorong Albert Einstein untuk membangun teori relativitas.