Zur Wellentheorie des Lichts ist mit der Quantentheorie gegen Anfang des 20. Jahrhunderts eine weitere Theorie gleichberechtigt hinzugekommen. Sie ist nötig, um das Entstehen des Lichtes (die Lumineszenz) zu erklären.
Schon um die Jahrhundertwende verstanden und erklärten Physiker fast alle Haupteigenschaften des Lichts. Die ersten Jahrzehnte dieses Jahrhunderts aber zwangen die Physiker durch eine ganze Reihe von Entdeckungen dazu, eine neue Realität anzuerkennen und in der alten Beschreibung der Natur, der klassischen Physik, eine Idealisierung zu sehen – so wie die Strahlenoptik eine Idealisierung und Spezialisierung der Wellenoptik ist. Obwohl viele der neuen Theorien, die sich aus dieser Erkenntnis ergaben, schon über 80 Jahre alt sind, bezeichnen wir sie gewöhnlich als moderne Physik.
Einige der grundlegenden Entdeckungen der modernen Physik ergaben sich aus Untersuchungen der Wechselwirkung von Licht mit Materie.
Elektronen sind in jeder Art von Materie. In manchen Metallen (den Leitern) können sie sich besonders frei bewegen. Aber es ist für Elektronen nicht leicht, dem Metall zu entkommen, denn wenn sich ein Elektron mit seiner negativen Ladung von dem (ursprünglich ungeladenen) Metall löst, ist das Metall positiv geladen und zieht das Elektron wieder an. Um ein Elektron zu befreien, muss ihm Energie zugeführt werden. Das lässt sich zum Beispiel durch Erhitzen erreichen. Die Elektronen werden sozusagen abgedampft. Oder sie können vom Licht gestoßen werden – das ist der lichtelektrische oder Photoeffekt. Die befreiten Elektronen heißen Photoelektronen. Der Teil der modernen Physik, der dieses Verhalten erklärt, ist die Quantentheorie. Als erster hat Albert Einstein den Photoeffekt erklären können.
Jede monochromatische elektromagnetische Welle kann Energie nur in diskreten Einheiten (Quanten) übertragen. Die Größe des Energiequants ist proportional zur Frequenz der Welle.
Kurzwelliges (hochfrequentes) Licht hat mehr Energie als langwelliges (niederfrequentes) Licht.