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.

Rozchodzenie się fal elektromagnetycznych opiera się na fakcie, że zmienne pole elektryczne generuje zmienne, wirowe pole magnetyczne. To powstające pole magnetyczne również jest zdolne do generowania w przestrzeni wokół siebie zmiennego wirowego pola elektrycznego.

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

 ,

gdzie: - 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 wynika, że prędkość fali w próżni dana jest wzorem:

Inaczej prędkość światła w próżni można przedstawić jako:

 ;

gdzie to częstość kołowa, a to długość fali.

Wielkość tą nazywa się prędkością światła, ale należy pamiętać, że dotyczy ona wszystkich fal elektromagnetycznych w próżni. Wszystkie bowiem fale elektromagnetyczne mają taką samą naturę. Różnią się tylko długością i częstotliwością.

Poważną własnością fali elektromagnetycznej jest zdolność do przenoszenia energii. Szybkość takiego przenoszenia energii przez powierzchnię płaskiej fali elektromagnetycznej opisuje się za pomocą tzw. wektora Poyntinga. Można go przedstawić za pomocą wzoru:

Jest to więc iloczyn wektorowy. Wartość wektora Poyntinga wyrażana jest w układzie SI jako W/m. W powyższym wzorze wektory E i B odpowiadają wartościom pola elektrycznego i magnetycznego w danej chwili i w rozpatrywanym punkcie przestrzeni. Kierunek wektora S wskazuje kierunek przenoszenia energii.

Fale elektromagnetyczne mogą transportować również pęd, zatem mogą wywierać ciśnienie na obiekt na który padają. Zostało ono nazwane ciśnieniem promieniowania. W życiu codziennym nie są to jednak siły odczuwalne dla człowieka. Maja jednak znaczenie dla cyklu życiowego gwiazd.

Po raz pierwszy pomiarów ciśnienia akustycznego dokonali Nichols i Liebiediew. Do swoich doświadczeń użyli wahadła torsyjnego. Miało to miejsce 30 lat po przewidzeniu takiej wielkości przez Maxwella.

Pęd można zdefiniować jako:

gdzie U to energia zaabsorbowana przez dany obiekt, a c to prędkość światła. Należy jeszcze przyjąć, że promieniowanie jest przez ten obiekt całkowicie pochłaniane.

Kierunek wektora pędu jest taki sam jak kierunek wiązki padającej na daną powierzchnię.

Jeśli natomiast przyjmiecie założenie, że wiązka promieniowania zostaje całkowicie odbita od powierzchni ciała to ciśnienie promieniowania przedstawia się jako:

Tak więc w przypadku całkowitego odbicia powierzchni przekazany zostaje dwa razy większy pęd.

Natomiast jeśli część promieniowania ulegnie absorpcji, a część odbiciu to przekazany pęd będzie zawierał się w przedziale między tymi dwiema wartościami.

Jeżeli fala elektromagnetyczna pada na granicę dwóch ośrodków materialnych to może nastąpić zarówno jej załamanie jak i odbicie. Tych zjawiskach przyjęło się mówić w odniesieniu do fali świetlnej, jednak okazuje się, że sprawdzają się one w całym widmie fal elektromagnetycznych.

Prawo odbicia mówi ,że promień padający, promień odbity oraz prosta prostopadła do powierzchni granicznej leżą w jednej płaszczyźnie, a kąt padania jest równy kątowi odbicia.

Kątem padania nazywa się kąt, który został zawarty między normalną do powierzchni a promieniem padającym. Natomiast kąt między promieniem odbitym a normalną do powierzchni to kąt odbicia.

Prawo załamania natomiast mówi, że stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania promienia na granicy dwóch ośrodków równa się stosunkowi bezwzględnego współczynnika załamania ośrodka drugiego do bezwzględnego współczynnika załamania ośrodka pierwszego czyli względnemu współczynnikowi załamania drugiego ośrodka względem pierwszego .

Można to prawo przedstawić także za pomocą innej zależności:

Zarówno prawo odbicia jak i prawo załamania można wyprowadzić z równań Maxwella.

W widmie fal elektromagnetycznych można wyróżnić kilka zakresów. Bardzo często granice między nimi są umowne. Fale elektromagnetyczne dzieli się na:

- fale radiowe - należy tu promieniowanie elektromagnetyczne o największej długości fali , z przedziału od kilku milimetrów do setek kilometrów. W zasadzie górna granica długości fali nie jest określona, niemniej jednak te najdłuższe fale nie znajdują żadnego zastosowania i ich się zazwyczaj nie klasyfikuje .Zakres fal radiowych dzieli się dodatkowo na fale krótkie, średnie i długie.

- mikrofale to fale z zakresu długości od 1 milimetra do 30 centymetrów. Źródłem promieniowania mikrofalowego mogą być 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.

- promieniowanie podczerwone - to promieniowanie elektromagnetyczne o długościach fali z przedziału od 760 nanometrów do 2000 mikrometrów. Dodatkowo zakres ten dzieli się na : podczerwień bliską, średnią i daleką. Promieniowanie to jest emitowane przez wszystkie rozgrzane obiekty oraz przez lampy wyładowcze. Promieniowanie podczerwone jest odbierane przez narządy zmysłów jako ciepło.

- światło widzialne - to promieniowanie elektromagnetyczne, o długościach fali wywołujących wrażenia wzrokowe w ludzkim oku. Mieści się ono w przedziale od 380 do 780 nanometrów .

- promieniowanie ultrafioletowe - jest to promieniowanie elektromagnetyczne o długościach krótszych niż światło widzialne. Są to fale z przedziału od 390 do 10 nanometrów.

Ze względu na skutki biologiczne zakres ten można podzielić na:

V-A - długość 315-380nm

UV-B - długość 280-315nm

UV-C - długość 10-280nm

- promieniowanie rentgenowskie - to fale elektromagnetyczne z zakresu 12 - 0.012 nanometrów. Promienie X o najmniejszych energiach nazywa się promieniami miękkimi, natomiast te o większej energii twardymi.

- promieniowanie gamma obejmuje najkrótsze fale, z zakresu metra. Emisja promieniowania gamma towarzyszy przejściu jądra pierwiastka promieniotwórczego ze stanu wzbudzonego do stanu o niższej energii. Nie zachodzi przy tym zmiana składu jądra.