电磁波以变化的电场和磁场相互作用、相互依赖而存在，以有限速度（光速）在空间传播。

1864年，英国物理学家J.C.麦克斯韦建立了关于电磁场的方程组，从理论上预言了电磁波的存在，同时提出了光就是电磁波。假定空间的介质是均匀各向同性的，而且是不导电的又不包含电荷和电流等场源，则麦克斯韦方程组中的两个方程可写为：

式中和分别为电场强度和磁场强度；和分别为磁导率和介电常量（或电容率）；为时间。上面两式表明，变化的磁场产生电场，而变化的电场又产生磁场，如此不断反复，从数学上可得出电场强度和磁场强度随着时间的推移在空间的变化满足波动方程，即在空间形成电磁波。

图1 电磁波的传播

图2 电磁波谱

在均匀无界的自由空间中，电磁波是一种横波，即电场和磁场位于垂直传播方向的横截面内，而电场、磁场又相互垂直（图1）。电磁波的传播速度为。在真空或近似真空的空气中，电磁波的速度，式中和分别为真空磁导率和真空介电常量（真空电容率）。已经作为一个自然常量出现在电磁学的理论和测量中，它的值等于电磁系单位电荷与静电系单位之比。当时很多物理学家都曾根据电磁测量做过计算：德国物理学家W.E.韦伯得3.1074×10⁸米/秒；麦克斯韦得2.88×10⁸米/秒；英国物理学家W.汤姆孙（开尔文勋爵）得2.82×10⁸米/秒。另一方面，空气中的光速测量也得到若干数据：法国实验物理学家A.H.L.斐索得3.14×10⁸米/秒，法国物理学家J.-B.-L.傅科得2.98×108米/秒等。比较的数值和光速，两者基本一致，偏差在当时的测量误差范围内，因而有理由认为电磁波的速度恰好等于光速。由于确定的方法和确定光速的方法是独立的，彼此无关，因而两者相等不能看成是偶然现象。麦克斯韦正是根据这一事实，提出了光是电磁波的假说。

1887年，德国物理学家H.R.赫兹首先用实验方法证实了电磁波的存在。他用电感和电容充放电的高频振荡，成功地产生了电磁波。他的接收器是一个开路的铜导线回路，当接收器开路间跳过微弱的电火花时，就可知检测到了从发射器射来的电磁波。赫兹还用放大尺寸的方法模拟各种光学设备，以便于将电磁波聚集，确定其极化方向，使波发生反射和折射，进行干涉、衍射，形成驻波，测量其波长等。他的实验不仅证实了电磁波的存在，而且从实验方面显示了光和电磁波的同一性。

伴随着电磁波的传播有能量的传递，用表示确定方向单位时间内通过单位面积的能量。从麦克斯韦方程组并利用能量守恒定律可导出，称为能流密度矢量，或坡印亭矢量。它表明了能流与电场强度和磁场强度的数量关系，也表明了三者相互垂直的方向关系。不同频率（或波长）范围的电磁波具有不同的物理特性。电磁波的整个频率（或波长）范围称为电磁波谱或频谱（图2）。它的频率范围大致如下：工业电波和无线电波为10～10⁹赫；微波为10⁹～3×10¹¹赫；红外线为3×10¹¹～4×10¹⁴赫；可见光为3.84×10¹⁴～7.69×10¹⁴赫；紫外线为8×10¹⁴～3×10¹⁷赫；X射线为3×10¹⁷～5×10¹⁹赫；γ射线为10¹⁸～10²²赫以上。

自然界中的电磁辐射覆盖从无线电波到γ射线的整个电磁波谱。就非相干电磁辐射来说，从红外线到γ射线的各种人工光源都已齐备。用人工方法产生整个电磁波谱的相干辐射，是物理学和电子学的主要发展趋势之一。开拓电磁波谱的研究正在推向相干X射线和γ射线。

20世纪以来，电磁波的理论和应用不断取得重大成就，包括无线电技术、微波技术及光波导技术，使电磁波成为传递信息和能量的重要形式之一，使通信（包括卫星通信光纤通信）、广播、电视、遥控、遥测、遥感、雷达、无线电导航、制导等得以实现，并成为探索宇宙空间和研究微观世界的重要途径。