Zjawiskiem ukazującym kwantową naturę promieniowania elektromagnetycznego jest efekt fotoelektryczny. Zjawisko to, wyjaśnione po raz pierwszy przez Alberta Einsteina, polega na emisji elektronów z materiału pod wpływem światła lub innych form promieniowania elektromagnetycznego. Według teorii kwantowej promieniowanie elektromagnetyczne zachowuje się nie tylko jako fale, ale także jako dyskretne pakiety energii zwane fotonami. W efekcie fotoelektrycznym fotony przekazują swoją energię elektronom w materiale, wyrzucając je z energią kinetyczną zależną od częstotliwości (lub długości fali) padającego promieniowania. Obserwacja, że energia emitowanych elektronów zależy raczej od częstotliwości światła niż od jego intensywności, dostarczyła mocnych dowodów na kwantyzację promieniowania elektromagnetycznego.
Promieniowanie elektromagnetyczne odnosi się do propagacji energii w postaci oscylujących pól elektrycznych i magnetycznych. Zjawisko to obejmuje szeroki zakres długości fal i częstotliwości, od fal radiowych w dolnej części widma elektromagnetycznego do promieni gamma w górnej części widma elektromagnetycznego. Fale elektromagnetyczne przemieszczają się w przestrzeni z prędkością światła i wykazują właściwości zarówno fal, jak i cząstek, zgodnie z opisem mechaniki kwantowej. W zależności od częstotliwości fale elektromagnetyczne mogą oddziaływać z materią na różne sposoby, w tym poprzez absorpcję, odbicie i transmisję, co czyni je niezbędnymi w takich dziedzinach, jak komunikacja, obrazowanie i teledetekcja.
Kwantem promieniowania elektromagnetycznego jest foton. Fotony to cząstki elementarne tworzące fale elektromagnetyczne i przenoszące skwantowaną energię proporcjonalną do ich częstotliwości. Według teorii kwantowej fotony wykazują zarówno właściwości falowe, jak i cząsteczkowe. Jako cząstki fotony mają zerową masę spoczynkową, poruszają się z prędkością światła i mogą przenosić energię i pęd, gdy wchodzą w interakcję z materią. Energia fotonu jest wprost proporcjonalna do jego częstotliwości (E = hf), gdzie h to stała Plancka, a f to częstotliwość fali elektromagnetycznej. Fotony mają fundamentalne znaczenie dla zrozumienia interakcji promieniowania elektromagnetycznego z materią i stanowią podstawę wielu zjawisk w mechanice kwantowej i współczesnej fizyce.
Zjawisko wskazujące na korpuskularną naturę fal elektromagnetycznych to efekt fotoelektryczny. W efekcie fotoelektrycznym fotony zachowują się jak dyskretne cząstki (kwanty) energii, przekazując swoją energię elektronom w materiale. Ta interakcja powoduje emisję elektronów z materiału, co można wykryć jako prąd elektryczny. Kluczową obserwacją efektu fotoelektrycznego jest to, że energia kinetyczna emitowanych elektronów zależy od częstotliwości padającego światła, a nie od jego intensywności. Ta zależność od częstotliwości, a nie intensywności, dostarczyła przekonujących dowodów na to, że promieniowanie elektromagnetyczne składa się z dyskretnych pakietów energii (fotonów), a nie z fali ciągłej.
Zjawiskiem potwierdzającym falowy charakter promieniowania elektromagnetycznego jest interferencja. Zakłócenia powstają, gdy dwie lub więcej fal elektromagnetycznych oddziałują na siebie, powodując wzmocnienie lub zniesienie ich amplitud. Zjawisko to jest charakterystyczne dla fal i można je zaobserwować przy każdym rodzaju promieniowania elektromagnetycznego, od fal radiowych po promieniowanie rentgenowskie. Wzory interferencyjne, takie jak te zaobserwowane w eksperymencie Younga ze światłem na dwóch szczelinach, demonstrują falowe zachowanie fal elektromagnetycznych. Zdolność fal elektromagnetycznych do wzajemnego zakłócania się wskazuje na ich falową naturę, gdzie konstruktywne i destrukcyjne wzorce interferencji zależą od względnej fazy i długości fali zaangażowanych fal.
