Promieniowanie elektromagnetyczne ma naturę kwantową, co oznacza, że zachowuje się zarówno jak fale, jak i cząstki, zgodnie z teorią kwantową. Według mechaniki kwantowej promieniowanie elektromagnetyczne składa się z dyskretnych pakietów energii zwanych fotonami. Fotony te mają cechy zarówno fal, jak i cząstek, niosąc energię proporcjonalną do ich częstotliwości. Ta dwoista natura promieniowania elektromagnetycznego ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia takich zjawisk, jak efekt fotoelektryczny oraz emisja i absorpcja światła przez atomy i cząsteczki. Teoria kwantowa zapewnia ramy wyjaśniające, w jaki sposób fale elektromagnetyczne mogą oddziaływać z materią na poziomie atomowym i subatomowym, wpływając na różne procesy fizyczne i chemiczne.
Kwant promieniowania elektromagnetycznego odnosi się do najmniejszej niepodzielnej jednostki energii, którą posiada foton. Fotony to skwantowane pakiety energii elektromagnetycznej, przy czym każdy foton niesie energię zależną od częstotliwości promieniowania. Zależność pomiędzy energią (E) fotonu a jego częstotliwością (ν) opisuje równanie E=h⋅νE = h cdot nuE=h⋅ν, gdzie hhh jest stałą Plancka. Zależność ta podkreśla dyskretny charakter poziomów energii fotonów, gdzie wyższe częstotliwości odpowiadają fotonom o większej energii. Kwantowanie energii fotonów jest kamieniem węgielnym teorii kwantowej, zapewniającym precyzyjny opis interakcji promieniowania elektromagnetycznego z materią.
Kwantowa teoria fal elektromagnetycznych godzi właściwości falowe i cząsteczkowe promieniowania. Zakłada, że promieniowanie elektromagnetyczne rozchodzi się w przestrzeni w postaci fal, charakteryzujących się częstotliwością, długością fali i amplitudą. Jednak obserwowane na poziomie mikroskopowym promieniowanie elektromagnetyczne oddziałuje z materią w postaci dyskretnych jednostek lub kwantów (fotonów). Teoria ta zrewolucjonizowała fizykę, wyjaśniając zjawiska, których nie mogła wyjaśnić sama klasyczna teoria fal, takie jak dyskretne widma emisji i absorpcji atomów, efekt fotoelektryczny i zachowanie promieniowania elektromagnetycznego na skwantowanych poziomach energii.
Cząstkowy charakter promieniowania elektromagnetycznego odnosi się do jego manifestacji w postaci dyskretnych cząstek energii zwanych fotonami. Fotony te wykazują cechy cząstek, takie jak pęd i oddziaływanie z materią na skwantowanych poziomach energii. W przeciwieństwie do klasycznych fal elektromagnetycznych, które tradycyjnie opisywano wyłącznie jako fale ciągłe rozchodzące się w przestrzeni, mechanika kwantowa wprowadziła koncepcję fotonów, aby wyjaśnić, w jaki sposób promieniowanie elektromagnetyczne oddziałuje z materią w skali mikroskopowej. Ta cząsteczkowa natura jest widoczna w eksperymentach takich jak efekt fotoelektryczny, podczas którego fotony wyrzucają elektrony z powierzchni materiału o energiach zależnych od częstotliwości fotonu.
Kwant promieniowania, będący synonimem terminu foton, odnosi się do najmniejszej możliwej jednostki energii elektromagnetycznej. Fotony to skwantowane pakiety energii, które tworzą promieniowanie elektromagnetyczne i wykazują zarówno właściwości falowe, jak i cząsteczkowe. Charakteryzują się częstotliwością (lub długością fali) i przenoszą energię proporcjonalną do częstotliwości promieniowania, które reprezentują. Kwantyzacja promieniowania na fotony, każdy o określonym poziomie energii określonym przez stałą Plancka i częstotliwość promieniowania, jest podstawową koncepcją fizyki kwantowej, niezbędną do zrozumienia zachowania i interakcji fal elektromagnetycznych w skali atomowej i subatomowej.