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Erscheinungen wie Kohärenz und Interferenz lassen sich nur mit dem Wellenmodell erklären, weil die Mindestabmessungen der entsprechenden Versuche deutlich größer sind als die Wellenlänge des Lichts.

Man könnte die von Rundfunksendern emittierte Strahlung als sehr große Anzahl von Photonen betrachten. Es gibt allerdings kein Messgerät, das derart energiearme Photonen einzeln nachweisen könnte. Es ist auch deshalb nicht zielführend, hier das Teilchenmodell zur Erklärung von Effekten heranzuziehen. Da die Antennen etwa die Größe der Wellenlänge haben, muss man für alle physikalischen Erklärungen die Welleneigenschaft der Strahlung betrachten.

Teilchencharakter

Für bestimmte Eigenschaften elektromagnetischer Wellen (z. B. Photoelektrischer Effekt), genügt das oben beschriebene Wellenmodell nicht mehr, um alle beobachtbaren Phänomene zu beschreiben, vielmehr treten die Teilcheneigenschaften einzelner Photonen, der Quanten des elektromagnetischen Feldes, in den Vordergrund. Der Wellencharakter (etwa Interferenz) bleibt aber voll erhalten. Man spricht deshalb vom Dualismus von Teilchen und Welle.

Im Rahmen dieser Teilchenvorstellung des Lichtes wird jeder Frequenz f die Energie eines einzelnen Photons zugeordnet, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum ist. Andererseits haben auch Teilchen, wie zum Beispiel über mehrere Atome hinweg bewegte Elektronen, Welleneigenschaften (siehe auch Elektrischer Strom). Beide Aspekte elektromagnetischer Wellen werden theoretisch im Rahmen der Quantenelektrodynamik erörtert.

Beispiele für Wirkungen, in denen der Teilchencharakter zum Tragen kommt:

Beim Compton-Effekt trifft eine elektromagnetische Welle mit etwa 20 pm

Wellenlänge auf ein Elektron, dessen Wirkungsquerschnitt um etwa drei Größenordnungen kleiner ist. Zur Erklärung des physikalischen Ablaufes der Wechselwirkung muss also der Teilchencharakter des Lichts herangezogen werden. Jeder Versuch, die beobachtete Änderung der Wellenlänge mit dem Wellenmodell zu erklären, scheitert.

Beim photoelektrischen Effekt ist das Verhältnis der Wellenlänge zum Wirkungsquerschnitt eines Elektrons noch größer. Also kann auch hier das Wellenmodell nichts zur Erklärung beitragen. Im Gegenteil – es führt zu offensichtlichen Widersprüchen.

Die Erzeugung von Laserlicht beruht auf den Eigenschaften einzelner Atome, die jeweils erheblich kleiner sind als die erzeugte Wellenlänge. Deshalb muss man für die Erklärung der Herstellung auf das Photonenmodell zurückgreifen.

Photonen mit genügender Energie (etwa von einigen Elektronvolt aufwärts) wirken auf Materie ionisierend und können chemische ( photochemische ) Wirkungen auslösen, wenn die Bindungsenergien überschritten werden (Fotochemie). Diese chemische Wirksamkeit wird gelegentlich als Aktinität bezeichnet.

Wellen im Medium

In einem Medium (also in "optisch dichter" Materie) verringert sich die Geschwindigkeit abhängig von der Permittivität (dielektrische Leitfähigkeit ) und der Permeabilität (magnetische Leitfähigkeit μ) des Stoffes. Es

gilt dann: . Dadurch wirkt sie, abhängig von der Frequenz der Welle (Dispersion), sowie (je nach Medium und abhängig von ihrer Polarisation und ihrer Ausbreitungsrichtung) den Strahl brechend und zwar immer zum Einfallslot hin. Anders dagegen im Elektronen/Ionen-Plasma der Ionosphäre, das als „optisch dünneres“ Medium wirkt und deshalb den Strahl vom Einfallslot weg bricht, wodurch Totalreflexion möglich wird.