Fale elektromagnetyczne są rozchodzącymi się w przestrzeni zaburzeniami pól elektrycznego i magnetycznego. Linie obu sprzężonych pól są do siebie prostopadłe. Są również prostopadłe do kierunku propagacji fali.

Istnienie fal elektromagnetycznych przewidział Maxwell w swoich równaniach dotyczących elektromagnetyzmu. I tak równanie falowe przyjmuje postać:

 ,

Poszczególne wielkości w powyższych wzorach to: - laplasjan, operator różniczkowy; E - wektor natężenia pola elektrycznego; B - wektor indukcji pola magnetycznego.

Każde z tych równań wektorowych jest równoważne trzem równaniom skalarnym, po jednym dla każdej składowej. Rozwiązanie tego równania jest inne dla każdego z rodzajów fal elektromagnetycznych.

Najprostszą postać powyższe równani przyjmuje dla fali płaskiej. W takiej sytuacji bowiem dwie składowe dla każdego pola równają się zeru. Dlatego rozwiązanie równania przyjmuje postać:

Z równań tych można obliczyć prędkość fali elektromagnetycznej, która w próżni dana jest wzorem:

Inaczej prędkość światła w próżni można przedstawić jako:

 ;

gdzie to częstość kołowa, a to długość fali.

W przyrodzie występuje szerokie spektrum fal elektromagnetycznych. Jednak na podstawie równań Maxwella wiadomo, ze wszystkie te fale maja jednakową naturę, a różnią się jedynie długością a co za tym idzie i częstością.

W widmie fal elektromagnetycznych można wyróżnić następujące zakresy:

1. Fale radiowe - zakres ten obejmuje fale elektromagnetyczne o długościach od kilku milimetrów do setek kilometrów. Tak więc należą tutaj najdłuższe fale. Po raz pierwszy w sposób zamierzony zostały wytworzone przez Hertza. On również udowodnił, że mogą być przesyłane na duże odległości. Zakres fal radiowych dzieli się dodatkowo na fale krótkie, średnie i długie.

Źródłem fal radiowych są specjalne anteny nadawcze. Fale te wykorzystuje się m.in. w radiofonii.

2. Mikrofale - należą tutaj fale o długościach od 1 milimetra do 30 centymetrów. Promieniowanie mikrofalowe może być generowane przez klistrony i magnetrony. Natomiast do ich przesyłu stosuje się falowody. Mikrofale używane w radiolokacji to te o mniejszych długościach fal, od około 20 cm do 0.5 milimetra.

Poza tym mikrofale wykorzystywane są w telekomunikacji satelitarnej, medycynie a także powszechnie używanych kuchenkach mikrofalowych.

3. Promieniowanie podczerwone to promieniowanie o długościach fali od 760 nanometrów do 2000 mikrometrów. Obszar ten dodatkowo dzieli się na trzy rejony: podczerwień bliską, średnią podczerwień i daleką podczerwień. Promieniowanie podczerwone zwane także promieniowaniem termicznym emitowane jest przez wszystkie rozgrzane obiekty oraz przez lampy wyładowcze. Promieniowanie podczerwone jest odbierane przez narządy zmysłów jako ciepło. Fale z zakresu podczerwieni wykorzystywane są w wielu gałęziach nauki i przemysłu m.in. w analizach chemicznych. Powszechnie używa się tego promieniowania podczerwonemu urządzeniach zwanych noktowizorami.

4. Światło widzialne to zakres promieniowania elektromagnetycznego, które wywołuje w oku ludzkim wrażenie widzenia.. Są to fale z zakresu od 380 do 780 nanometrów. Zakres ten niekiedy nazywany jest zakresem tęczy, odpowiada bowiem kolorom od czerwieni przez pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski aż do fioletowego.

4. Promieniowanie ultrafioletowe - zakres ten obejmuje promieniowanie elektromagnetyczne o długościach krótszych niż światło widzialne. Są to fale z przedziału od 390 do 10 nanometrów. Fale dłuższe, do około 190 nanometrów to ultrafiolet bliski, a fale krótsze to ultrafiolet daleki. Promieniowanie UV emitowane przez Słońce to zarówno UV- A jak i UV -B. Jednak warstwa ozonowa pochłania prawie cały UV-B i do Ziemi dociera głównie ultrafiolet UVA.

Inny podział dzieli zakres ze względu na skutki biologiczne:

V-A - długość 315-380nm

UV-B - długość 280-315nm

UV-C - długość 10-280nm

Promieniowanie ultrafioletowe ma ważną własność. Może mianowicie powodować fluorescencję wielu ciał. Dlatego też z powodzeniem używa się go do wykrywania fałszywych banknotów czy w kryminalistyce przy oględzinach miejsc zbrodni. Znaczniki fluorescencyjne wykorzystuje się również do obserwowania metabolizmu niektórych substancji w organizmach.

5. Promieniowanie rentgenowskie to fale z zakresu 12 - 0.012 nanometrów. Dodatkowo obszar ten podzielono na promieniowanie X miękkie i twarde. Promieniami miękkimi nazywa się te , które mają najmniejsze energie. Natomiast promienie twarde to te o energii większej. Promieniowanie rentgenowskie jest bardzo przenikliwe. Promienie X zostały odkryte przez Rontgena w roku 1895 i od tamtej pory są powszechnie wykorzystywane m.in. w medycynie i przemyśle.

Promieniowanie rentgenowskie powstaje podczas przejścia elektronu w atomie z wyższego poziomu energetycznego na niższy, w którym pozostała luka po wybitym elektronie.

6. Promieniowanie gamma obejmuje fale z zakresu długości metra. Są to wiec fale najkrótsze. Energie fotonów gamma zawierają się z kolei w przedziale od 10 MeV do 10 KeV. Są to energie wystarczające do wywołania zmian elektrycznych w materii przez która przechodzą. Dlatego też promieniowanie gamma stanowi jeden z przykładów promieniowania jonizującego. Może powstawać w reakcjach rozpadu jąder izotopów promieniotwórczych, w reakcjach syntezy jąder, a także w procesie anihilacji.

Emisja promieniowania gamma towarzyszy przejściu jądra pierwiastka promieniotwórczego ze stanu wzbudzonego do stanu o niższej energii. Nie zachodzi przy tym zmiana składu jądra.

Promieniowanie gamma należy do najbardziej przenikliwego promieniowania. W przyrodzie jego źródłami są pierwiastki alfa bądź beta promieniotwórcze. Emisja kwantów gamma towarzyszy bowiem najczęściej innym przemianom jądrowym.

W przemyśle promieniowanie gamma wykorzystywane jest m.in. do badania metali i ich stopów w celu wykrycia ewentualnych defektów. Jest to tzw. defektoskopia.