La nature de la lumière a longtemps été mystérieuse. Elle ne s’est pleinement révélée qu’aux XIXe et XXe siècles. Depuis le XVIIe, on se disputait pour savoir si la lumière est une onde (école représentée par Christiaan Huygens, Augustin Fresnel ou Thomas Young) ou si elle est faite de corpuscules (école représentée par Isaac Newton).
Une étape cruciale a été franchie vers 1864 par James Clerk Maxwell. Ce physicien écossais établissait les équations fondamentales auxquelles obéissent les champs électrique et magnétique. Or ces équations montrent que le champ électromagnétique peut osciller (ou vibrer) et que cette oscillation se propage dans le vide à la vitesse... de la lumière (300 000 km/s environ). Cela a suggéré que la lumière n’est autre qu’une onde électromagnétique, hypothèse qui s’est confirmée par la suite et qui se résume ainsi : une onde électromagnétique sinusoïdale de longueur d’onde comprise entre 0,4 et 0,8 micron environ correspond à de la lumière visible, de couleur différente selon la valeur de la longueur d’onde. Pour les longueurs d’onde plus grandes que 0,8 micron, on a les infrarouges, les micro-ondes, les ondes radio, etc. Au-dessous de 0,4 micron, on a les ultraviolets, les rayons X puis les rayons gamma.
Si la théorie de Maxwell a considérablement étayé la thèse de la nature ondulatoire de la lumière, ce n’était pas la fin de l’histoire. Max Planck et son explication de la loi du rayonnement du « corps noir », en 1900, Einstein et son analyse de l’effet photoélectrique, en 1905, suggèrent la deuxième face de la lumière : son énergie est transmise par « quanta », c’est-à-dire par quantités bien définies, et l’énergie d’un quantum de lumière est :
