電磁場的一種運動形態，這種運動以有限速度（即光速）在空間行進。由於交變場中電場和磁場互相依賴而同時存在，所以電磁波也常稱為電波。
運動規律 1864年，J.C.麥克斯韋建立瞭關於電磁場的方程組，首次從理論上預言瞭電磁波的存在，同時提出光的電磁波理論。實踐表明，電磁波的運動規律可由麥克斯韋方程組描述。
麥克斯韋方程組包括兩個散度關係和兩個旋度度關系。如果隻考慮隨時間變化的場，那麼在承認電荷守恒的前提下，利用矢量恒等式∇·∇×A≡0，就可從兩個旋度關系導出ę(∇·B)/ęt=0和 ę(∇·D-ρ)/ęt=0。因而兩個散度關系隻是對初值的一種限制。
假定所考慮區域中的媒質是均勻的、各向同性的，而且是不導電的，並假定在這個區域中不包含場源，則兩個旋度方程可以寫為
∇×E=-μęH/ęt， (1)∇×H=εęE/ęt。 (2)
上面兩個式子表明，變化的磁場產生電場，而變化的電場（即位移電流）又產生磁場，如此不斷反復，便在空間形成電磁波。這裡可以明顯地看出，位移電流的概念是建立電磁波理論的前提。
為瞭將問題進一步簡化，現在考慮平面波這一特例。圖1表示按正弦函數變化的平面波。假定電場是在x方向(Ey=Ez=0)，並且在xy平面上場的強度為常量（即ęEx/ęx=ęEx/ęy=0），那麼，根據旋度方程，在磁場的三個分量中就隻有Hy(Hx=Hz=0)。於是，麥克斯韋方程組(1)和(2)簡化為下列形式
(3a)
(3b)
消去Hy，並以v2代表με，就得到
。 (4)
如果消去Ex，對Hy也得到同樣形式的方程。這正是物理學中人們所熟知的波動方程。從這個結果，很自然地引出電磁現象是一種波動過程的預言。
圖1中表示在不同時刻（相隔T/4，T為周期）正向平面電磁波的場分佈。在某一固定時刻觀察波在空間（z方向）的場分佈，電場E和磁場H都是位置 z的正弦函數；如在不同時刻觀察波在某一固定點(z=l)的場分佈，則電場和磁場隨時間的變化(即振蕩)也是正弦函數。這樣，在一段時間內觀察整個空間中的場分佈，電場和磁場就像是 z方向運動的正弦波形。圖中λ為波長。
波動方程(4)中的系數 v =(με)½代表電磁波的速度。在自由空間，或近似地在空氣中，v0=(μ0ε0)
。在麥克斯韋以前，(
μ
0
ε
0)
已經作為一個自然常數出現在電磁學的理論和測量問題中，它的值等於電磁系單位電荷與靜電系單位電荷之比。當時很多電磁學傢，包括麥克斯韋本人，都曾計算過這種數值:
W.E.韋伯得3.1074×
10
8米/秒；麥克斯韋得2.88×
10
8米/秒；W.湯姆孫（即
開爾文）得2.82×
10
8米／秒。另一方面，空氣中的光速測量也得到若幹數據：
A.H.L.斐索得 3.14×
10
8米／秒；
J.B.L.傅科得2.98×
10
8米／秒……。比較(
μ
0
ε
0)
的數值和光速，兩者基本一致，其偏差是在當時的測量誤差范圍內，因而有理由認為電磁波的速度
v
0=(
μ
0
ε
0)
恰好等於光速с。由於確定(
μ
0
ε
0)
的方法和確定光速的方法是獨立的、彼此無關的，因而兩者的相等不能看成是偶然現象。麥克斯韋正是根據這一事實，提出瞭光是電磁波的假說。
根據光的電磁理論，除空氣外，對於其他媒質，速度
v=(εμ)
=
c(
ε
r
μ
r)
，
εr=ε/ε0， μr=μ/μ0。
在光學中，n=с/v稱為折射率。如果不考慮鐵磁材料，μr都接近於1，所以，從光的電磁理論得到
。 (5)
這是麥克斯韋最早導出的一個重要公式，也是光的電磁理論的一個重要基礎，它聯系瞭媒質在電學方面的基本參數 εr和媒質在光學方面的基本參數n。在麥克斯韋提出光的電磁理論時，他發現根據式(5)算出的n和光學方法測得的折射率有不小的偏差，因此，他認為自己的理論還需作很大的改進，以便從媒質的電學特性導出其光學特性。不過，這個困難後來卻很容易地得到瞭克服。這是由於εr在高頻時的值並不等於它在靜態或類穩態時的值，將εr隨頻率變化的效應考慮在內，那麼聯系電學特性和光學特性的基本公式(5)就與實際相符合。
赫茲實驗 1887年，H.R.赫茲首先用實驗方法證實瞭電磁波的存在。赫茲在他所著《電波》的序言中寫道，對電磁波現象的瞭解，不可能單純從理論的推理得到。他還寫到，他的“實驗目的是為瞭驗證法拉第、麥克斯韋理論的基本假說，而實驗所得到結果，則是證實瞭這一理論的假說”。
赫茲用電感和電容充放電的高頻振蕩，成功地產生瞭電磁波。他的接收器是一個開路的導線回路，其一端是黃銅制的圓頭，另一端是尖細的銅絲。當接收端出現微弱的電火花時，就可知檢測到瞭從發射器射來的電磁波。赫茲還用放大尺寸的方法模擬各種光學設備，以便於將電磁波聚焦，確定其極化方向，使波發生反射和折射，進行幹涉、衍射，形成駐波，測量其波長……等等。(見彩圖)
H.R.赫茲(1857～1894)的電磁波試驗裝置(復制品)
郭奕玲供稿
赫茲的實驗不僅證實瞭電磁波的存在，而且從實驗方面顯示瞭光和電磁波的同一性。
電磁波譜 不同頻率（或波長）范圍的電磁波具有不同的物理特性。電磁波的整個頻率（或波長）范圍稱為電磁波譜或頻譜（圖2）。它包括以下一些頻段（或波段），其大致的頻率范圍如下:工業電和無線電波為10～109赫；微波為109～3×1011赫；紅外線為3×1011～4×1014赫
可見光為3.84×
10
14～7.69×
10
14赫；紫外線為8×
10
14～3×
10
17赫；X射線為3×
10
17～5×
10
19赫；γ射線約
10
18～
10
22赫以上。
就相對頻寬來說，可見光是一個很窄的頻段。微波和X 射線都比可見光的相對頻帶寬。如果用對數坐標來表示電磁譜，並且用1厘米和1埃分別代表微波和X射線的波長量級，那麼可見光（波長約短於1微米）就恰好落在微波和X射線的正中，從微波到可見光和從可見光到X射線，波長或頻率都大致差4個量級。
自然界中的電磁輻射覆蓋從無線電波到γ射線的整個電磁譜。就非相幹電磁輻射來說，從紅外到X 射線的各種人工光源都已齊備。用人工方法產生整個電磁波譜的相幹輻射，是物理學和電子學的主要發展趨勢之一。由於20世紀60年代激光器的發明以及70年代相對論性電子學的技術突破(包括回旋管的發明)，人工相幹光源已經覆蓋瞭從微波到紫外線的寬廣的電磁波譜。目前，開拓和占領電磁波譜的研究正在推向相幹X射線和γ射線。
傳播特性 ①傳播常數、波阻抗和能流矢量。波動方程(4)中所包含的系數，即速度 v，是波動現象的一個特征參數。如前所述，波動現象的另一個基本特征參數是頻率v（單位赫），即每秒內的振動次數；相應的時間周期，即每次振動所經過的時間，T=1/v。從速度v和頻率v可以確定波長：λ＝v/v。為瞭分析的方便，經常引用角頻率的定義，即ω＝2πv＝2π/T。與此相應，波數(即傳播常數)定義為k＝2π/λ，式中λ為波長。如把波的前進方向上的單位矢量定義為n，則kn即k，稱波矢或波數矢。
這樣，波動方程 (4)的解，即波函數，就可以寫為f(ωt±kz)，f代表任意函數，(-)和(+)號分別表示沿z軸傳播的正向波和反向波。從λ=v/v，v=(με)
得到下列關系式
(6)
波動方程(4)包含瞭速度v，因而，對於給定的ω，隱含瞭波數 k。但波動方程沒有顯示出電磁波的另一個主要特性，即電場強度和磁場強度有確定的比值。這個比值稱為波阻抗，它可從麥克斯韋方程組本身，或它的一維簡化形式(3a)、(3b)導出。方程組(3a)、(3b)表明，在均勻無界媒質中，電磁波是一種橫波，即電場和磁場位於傳播方向的橫截面內，而且電場和磁場又互相垂直。分別將電場E和磁場H表示為波函數，即變量(ωt±kz)的函數，代入式(3a)或式(3b)，就導出波阻抗的公式
。
自由空間的波阻抗等於
(7)
對於其他媒質，波阻抗可以表示為
。波阻抗是一個有用的基本概念，最早是從電路分析中引出的，以後在聲學中用來表示壓力與流量之比。這個概念又推廣到電磁波理論的領域，用來表示電場強度與磁場強度之比。
電磁波的運動意味著能量沿z方向流動。用S表示在z方向單位時間內通過每單位面積的能量，從麥克斯韋方程組並利用能量守恒定律可以導出
s=E×H。 (8)
s稱為能流密度矢量，或坡印廷矢量；方程(8)既表明瞭能流與電場強度和磁場強度的數量關系，同時也表明瞭三者互相垂直的方向關系（圖3）。
② 電磁波的傳輸線表述。電磁場理論的現代發展趨勢之一是用統一的觀點處理電路（包括分佈參數電路，即傳輸線）的問題和場的問題。利用傅裡葉方法，可以將普遍的交變場變換為許多簡諧交變場的疊加或積分。這樣，問題就簡單地歸結為簡諧交變場的求解。引入復量法（用復量代表簡諧函數），對於簡諧波來說，就將對時間 t的微分運算化為代數運算，即
；利用這個代換，並利用公式
式(3a)與式(3b)化為下列形式
(9a)
(9b)
這兩個方程和傳輸線方程具有完全相同的形式。為瞭和傳輸線相比，人們甚至可以將均勻平面波的電場和磁場分量Ex、Hy分別換寫成電壓和電流的通用符號V和I。從量綱來看，這種代換也是合理的。電場強度和磁場強度的單位分別為“伏／米”和“安／米”。
電磁波的傳輸線表述，能夠將原來復雜的場問題歸結為熟知的傳輸線問題來求解。這種表述已經廣泛地用於現代波導理論，而且發展到光纖理論的領域。
參考書目
S. A.Schelkunoff， Electromagnetic Wαves， D.Van Nostrand Co.， New York， 1943.
黃宏嘉著：《微波原理》，第1、2卷，科學出版社，北京，1963、1964。