У 60-х роках XIX ст. Дж. Максвелл створив теорію електромаг­нітного поля, одним з наслідків якої було встановлення можливості існування електромагнітних хвиль. За розрахунками, швидкість по­ширення електромагнітних хвиль дорівнювала швидкості світла. На основі своїх теоретичних досліджень Максвелл дійшов висновку, що світло — це окремий випадок електромагнітних хвиль. Після до­слідів Г. Герца жодних сумнівів щодо електромагнітноїприроди світла не залишилось.

Електромагнітна теорія світла дозволила пояснити багато оптич­них явищ, однак уже на початку XX ст. з’ясувалося, що цієї теорії недостатньо для пояснення явищ, які виникають під час взаємодії світла з речовиною. До них насамперед належать процеси поглинання й випромінювання світла, явище фотоефекту та ін.

Джерелом світла є будь-яке тіло або пристрій, що перетворює будь-який вид енергії в електромагнітну енергію оптичного діапазону.

Приймачами світла називають пристрої, призначені для виявлення або ж вимірювання світлового (оптичного) випромінювання.

Лінія, вздовж якої поширюється потік світ­лової енергії, називається світловим про­менем.

В основу геометричної оптики покладено низку простих законів, установлених експериментально, а саме:

• закон прямолінійного поширення світла — в однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно;
• закон незалежного поширення світла — окремі пучки світла не впливають один на одного й поширюються незалежно;
• закони відбивання і заломлення світла.

Абсолютним показником заломлення називається показник n відносно вакууму. Він показує, у скільки разів швидкість світла у даному середовищі менше від швидкості світла у вакуумі.

Проявом заломлення світла є явище рефракції – викривлення променів під час проходження їх через неоднорідне середовище (наприклад, сонячних променів через атмосферу Землі).

Відносний показник заломлення n зв’язаний з абсолютним показником заломлення другого середовища n₂ і першого середовища n₁ співвідношенням .

Середовище з більшим показником заломлення називається оптично більш густим.

Якщо світло переходить з оптично більш густого середовища в оптично менш густе, то кут заломлення більший від кута падіння.

Ефект названий на честь австрійського фізика Крістіана Доплера.

Виходячи з власних спостережень за хвилями на воді, Доплер припустив, що подібні явища відбуваються в повітрі з іншими хвилями. На підставі хвильової теорії він в 1842 році вивів, що наближення джерела світла до спостерігача збільшує спостережувану частоту, віддалення зменшує її. Доплер теоретично обгрунтував залежність частоти звукових і світлових коливань, що сприймаються спостерігачем, від швидкості і напряму руху джерела хвиль і спостерігача відносно один одного.

Доплер використав цей принцип в астрономії і провів паралель між акустичним і оптичним явищами. Він вважав, що всі зірки випромінюють біле світло, однак колір змінюється через їх рух до або від Землі (цей ефект, для розглянутих Доплером подвійних зірок, дуже малий). Хоча зміни в кольорі неможливо було спостерігати з обладнанням того часу, теорія про звук була перевірена вже в 1845 році. Тільки відкриття спектрального аналізу дало можливість експериментальної перевірки ефекту в оптиці.