När materia träffas av elektromagnetiska vågor med relativt korta våglängder, såsom ultraviolett ljus eller synligt ljus, kan dess atomer avge elektroner. Denna process är känd som den fotoelektriska effekten eller, mindre vanligt, Hertz-effekten, och den uppstår på grund av att elektromagnetiska vågor har energi som kan avlägsna elektronerna i en atom. Observationen av den fotoelektriska effekten bidrog till att klargöra vissa frågor om ljusets natur och om atomernas natur. Ljus, upptäcktes det, kan fungera både som en våg och som en partikel; ljus färdas i vågrörelse men kan fysiskt påverka ytor och till och med orsaka mekanisk förändring genom att förskjuta elektroner från atomer.
Den fotoelektriska effekten observeras vanligtvis när ljus lyser på metalliska ytor. Ljusstrålen som lyser i en metallyta kallas fotokatoden, och elektronerna som den stöter ut från en atom kallas fotoelektroner. Lysande ljus på en ledande metallyta kan faktiskt orsaka att en elektrisk ström, som kallas en fotoström, bildas. Ett material som är känsligt för ljus, såsom de metaller som kan bära en elektrisk ström på grund av ljus, kallas ljuskänsliga ämnen.
Antalet elektroner som skjuts ut som ett resultat av den fotoelektriska effekten är nära relaterat till frekvensen och intensiteten av ljuset som lyste på metallytan. Lågfrekvent ljus, som har en lång våglängd, tenderar att avlägsna få, om några, elektroner från en metallyta. Detta gäller om ljuset är av hög intensitet eller låg intensitet. Vid hög frekvens tenderar dock ljus att ta bort mycket fler elektroner, särskilt om ljuset är särskilt intensivt. Detta betyder i princip att, oavsett intensitet, kommer rött ljus att släppa ut väldigt få elektroner men blått ljus kommer att ta bort många.
Observationen av den fotoelektriska effekten presenterade starka bevis för ljusets kvantnatur, som tidigare inte haft mycket stöd. Det stödde också våg-partikeldualitetsteorin om ljus vid en tidpunkt då de flesta forskare trodde att ljus betedde sig som antingen en partikel eller en våg, inte båda.
Ljus finns i diskreta partiklar som kallas fotoner, som vetenskapligt beskrivs som kvanta av ljus. En foton är ett ljuskvantum; det är den minsta ljusenheten som möjligen kan interagera med något annat. Ljusmängden träffar och lösgör elektroner när ljus lyser på en metallyta; detta är den fotoelektriska effekten.