Fotoelektron je elektron, ki ga oddaja snov zaradi fotoelektričnega učinka. Fotoelektrični učinek se pojavi, ko material, ki je običajno kovinske narave, absorbira dovolj svetlobnega sevanja, tako da to povzroči oddajanje elektronov z njegove površine. Odkritje fotoelektričnega učinka je leta 1887 prvič odkril nemški fizik Heinrich Hertz, pozneje pa so ga poimenovali Hertzov učinek. Številni raziskovalci so v preteklih letih porabili čas za opredelitev njegovih lastnosti in leta 1905 je Albert Einstein objavil ugotovitve, da ga povzročajo kvanti svetlobe, znani kot fotoni. Einsteinova jasna in elegantna razlaga, kako so nastali fotoelektroni, je privedla do tega, da je leta 1921 prejel Nobelovo nagrado za fiziko.
Da se fotoelektroni lahko oddajajo s površine, mora biti valovna dolžina svetlobe dovolj nizka, kot je UV svetloba. Emisija fotoelektronov je tudi ključna značilnost, ki se uporablja pri opisovanju načel kvantne mehanike. Postopek vključuje kvante ali en sam foton energije, ki jo absorbira trdni material, če je energija fotona večja od energije zgornjega valenčnega pasu ali najbolj oddaljene elektronske lupine materiala.
Fotoelektronska spektroskopija je postopek, pri katerem se analizira kinetična energija fotonov, oddanih s površine, da se preuči območje površine vzorčnega materiala. Uporabljeni sta bili dve osnovni vrsti postopka. Rentgenska spektroskopija preučuje jedrne nivoje materiala z uporabo energijskih razponov fotonov od 200 do 2,000 elektron voltov, ultravijolična fotoelektronska spektroskopija pa uporablja nivoje energije fotonov med 10 in 45 elektron voltov za preučevanje zunanjih elektronskih ali valenčnih lupin materiala. Od leta 2011 najnovejša sinhrotronska oprema, ki je magnetni ciklotron, ki elektrostatično pospešuje delce, omogoča preučevanje energijskih razponov med 5 in več kot 5,000 elektron voltov, tako da ločena raziskovalna oprema ni več potrebna. Vendar so ti stroji dragi in zapleteni, zato se na terenu ne uporabljajo široko.
Od leta 2011 je bila razvita oprema za fotoelektronski spektrometer z detektorjem elektronov, ki lahko deluje na prostem in pri atmosferskem tlaku, kar je novo na tem področju. Zmožen je izmeriti debelino tankih filmov do ravni do 20 nanometrov ali 20 milijard metra. Stroji so namizni modeli, ki uporabljajo vir ultravijolične svetlobe in lahko delujejo v območju od 3.4 do 6.2 elektron volta. Uporabljajo se za analizo kovin in polprevodnikov, kot je silicij.