Kai materiją smogia santykinai trumpo ilgio elektromagnetinės bangos, pavyzdžiui, ultravioletinė šviesa arba matoma šviesa, jos atomai gali išspinduliuoti elektronus. Šis procesas žinomas kaip fotoelektrinis efektas arba, rečiau, Hertz efektas, ir jis atsiranda dėl to, kad elektromagnetinės bangos turi energijos, galinčios išjudinti atomo elektronus. Fotoelektrinio efekto stebėjimas padėjo išsiaiškinti kai kuriuos klausimus apie šviesos prigimtį ir atomų prigimtį. Buvo nustatyta, kad šviesa gali veikti ir kaip banga, ir kaip dalelė; šviesa juda bangomis, tačiau gali fiziškai paveikti paviršius ir netgi sukelti mechaninius pokyčius, išstumdama elektronus iš atomų.
Fotoelektrinis efektas dažniausiai pastebimas, kai šviesa apšviečiama metalinius paviršius. Šviesos spindulys, šviečiantis metaliniame paviršiuje, vadinamas fotokatodu, o elektronai, kuriuos jis išskiria iš atomo, vadinami fotoelektronais. Šviečiant šviesai ant laidžiojo metalinio paviršiaus gali susidaryti elektros srovė, vadinama fotosrove. Šviesai jautri medžiaga, pavyzdžiui, metalai, kurie dėl šviesos gali nešti elektros srovę, vadinamos šviesai jautriomis medžiagomis.
Dėl fotoelektrinio efekto išmestų elektronų skaičius yra glaudžiai susijęs su metalo paviršiuje šviečiančios šviesos dažniu ir intensyvumu. Žemo dažnio šviesa, kurios bangos ilgis yra ilgas, linkusi iš metalinio paviršiaus išstumti keletą elektronų, jei tokių yra. Tai tiesa, jei šviesa yra didelio arba mažo intensyvumo. Tačiau esant aukštam dažniui, šviesa linkusi išstumti daug daugiau elektronų, ypač jei šviesa yra ypač intensyvi. Tai iš esmės reiškia, kad esant bet kokiam intensyvumui raudona šviesa išskirs labai mažai elektronų, tačiau mėlyna šviesa išstums daug.
Fotoelektrinio efekto stebėjimas pateikė tvirtų įrodymų apie šviesos kvantinį pobūdį, kuris anksčiau neturėjo daug paramos. Ji taip pat palaikė šviesos bangų ir dalelių dvilypumo teoriją tuo metu, kai dauguma mokslininkų manė, kad šviesa elgiasi kaip dalelė arba banga, o ne kaip abu.
Šviesa egzistuoja atskirose dalelėse, vadinamose fotonais, kurios moksliškai apibūdinamos kaip šviesos kvantai. Vienas fotonas yra vienas šviesos kvantas; tai mažiausias šviesos vienetas, galintis sąveikauti su bet kuo kitu. Šviesos smūgio ir išstumiančių elektronų kvantai, kai šviesa šviečia ant metalinio paviršiaus; tai fotoelektrinis efektas.