Koncepcija, kas pazīstama kā elektromagnētisko viļņu teorija, radās Džeimsa Klerka Maksvela un Heinriha Herca darbā. Saskaņā ar Maksvela postulētajiem elektriskajiem un magnētiskajiem vienādojumiem elektromagnētiskie lauki atgādina vilni gan pēc struktūras, gan darbības. Elektromagnētiskie viļņi sakrīt ar gaismas ātruma mērījumiem, padarot gaismu par elektromagnētisko vilni.
Elektriskie lauki ir telpiski mainīgi un rada magnētisko lauku, kas mainās laikā. Tāpat magnētiskie lauki darīs to pašu elektriskajiem laukiem, liekot abiem jēdzieniem darboties unisonā. Abi lauki kopā svārstīsies un radīs elektromagnētisko vilni.
Elektromagnētisko viļņu teorijas fizikālās īpašības izpaužas kā elektrodinamika. Šis teorijas aspekts nozīmē, ka jebkurš elektromagnētiskais lauks, kas atrodas tajā pašā telpā, tiek uzskatīts par vektora lauku, viļņu ar virzienu un garumu. Tādējādi tas var apvienoties ar citiem vektoru laukiem. Piemēram, kad elektromagnētiskais vilnis iedarbojas uz molekulu, atomi šajā molekulā sāk svārstīties, izstarojot savus elektromagnētiskos viļņus, ietekmējot sākotnējo vilni. Saskaņā ar elektromagnētisko viļņu teoriju tas izraisīs refrakciju, ātruma izmaiņas vai difrakciju, viļņa garuma izmaiņas.
Tā kā gaisma ir elektromagnētisko viļņu veids, teorija nosaka, ka gaismas svārstības nevar ietekmēt citi statiskie elektriskie vai magnētiskie lauki. Tomēr mijiedarbībai starp noteiktiem ārējiem notikumiem, piemēram, gaismai, kas pārvietojas caur kristālu, var būt ietekme. Saskaņā ar elektromagnētisko viļņu teoriju magnētiskie lauki, kas ietekmē gaismu, izraisīs Faradeja efektu, un elektriskie lauki, kas ietekmē gaismu, izraisīs Kera efektu, kas samazina gaismas viļņu ātrumu.
Biežums ir ļoti svarīgs šīs teorijas aspekts. Viļņa svārstības mēra ar herciem, frekvences vienību. Viens hercs ir vienāds ar vienu svārstību sekundē. Ja elektromagnētiskais vilnis, tāpat kā gaismas gadījumā, rada viļņus dažādās frekvencēs, to uzskata par spektru.
Mazas enerģijas daļiņas, ko sauc par fotoniem, ir elektromagnētiskā starojuma pamatvienības. Fotoniem ceļojot, vilnis seko un rada daļiņai proporcionālu frekvenci. Fotonus absorbē atomi, kas savukārt ierosina elektronus. Kad elektrons sasniedz pietiekami augstu enerģijas līmeni, tas izvairās no kodola pozitīvās pievilcības. Ja elektronu enerģijas līmenis pazeminās, tiek izstarots gaismas fotons.
Elektromagnētisko viļņu teorija nosaka, ka jebkurš elektriskā lādiņa paātrinājums vai magnētiskā lauka izmaiņas rada starojumu. Šis starojums var būt viļņa vai daļiņas veidā. Ātrums, viļņa garums un frekvence ir faktori, kas saistīti ar viļņiem. Daļiņas satur individualizētu enerģiju, kas vienāda ar frekvenci. Neatkarīgi no veida elektromagnētiskais starojums vakuumā pārvietojas ar gaismas ātrumu. Šis fakts pamudināja Albertu Einšteinu izveidot relativitātes teoriju.