Ko materijo udarijo elektromagnetno valovanje z relativno kratkimi valovnimi dolžinami, kot je ultravijolična ali vidna svetloba, lahko njeni atomi oddajajo elektrone. Ta proces je znan kot fotoelektrični učinek ali, redkeje, učinek Hertz, in se pojavi, ker imajo elektromagnetno valovanje energijo, ki je sposobna premakniti elektrone v atomu. Opazovanje fotoelektričnega učinka je pomagalo razjasniti nekatera vprašanja o naravi svetlobe in o naravi atomov. Ugotovljeno je bilo, da lahko svetloba deluje kot val in kot delec; svetloba potuje v valovnem gibanju, vendar lahko fizično vpliva na površine in celo povzroči mehanske spremembe z odrivanjem elektronov iz atomov.
Fotoelektrični učinek se običajno opazi, ko svetloba sije na kovinske površine. Svetlobni žarek, ki sije v kovinsko površino, se imenuje fotokatoda, elektroni, ki jih izvrže iz atoma, pa se imenujejo fotoelektroni. Svetleča svetloba na prevodni kovinski površini lahko dejansko povzroči nastanek električnega toka, imenovanega fototok. Material, ki je občutljiv na svetlobo, kot so kovine, ki lahko prenašajo električni tok zaradi svetlobe, se imenujejo fotoobčutljive snovi.
Število elektronov, ki se izločijo zaradi fotoelektričnega učinka, je tesno povezano s frekvenco in intenzivnostjo svetlobe, ki je sijala na kovinski površini. Nizkofrekvenčna svetloba, ki ima dolgo valovno dolžino, nagiba k odstranitvi nekaj elektronov, če sploh sploh, s kovinske površine. To velja, če je svetloba visoke ali nizke jakosti. Pri visoki frekvenci pa svetloba nagiba k izpodrivanju veliko več elektronov, še posebej, če je svetloba še posebej intenzivna. To v bistvu pomeni, da bo pri kateri koli intenzivnosti rdeča svetloba sprostila zelo malo elektronov, modra svetloba pa bo izrinila veliko.
Opazovanje fotoelektričnega učinka je predstavljalo močan dokaz za kvantno naravo svetlobe, ki prej ni imela veliko podpore. Podprl je tudi teorijo svetlobe o dualnosti valov in delcev v času, ko je večina znanstvenikov verjela, da se svetloba obnaša bodisi kot delec bodisi kot val, ne oboje.
Svetloba obstaja v diskretnih delcih, znanih kot fotoni, ki so znanstveno opisani kot kvanti svetlobe. En foton je en kvant svetlobe; je najmanjša svetlobna enota, ki lahko komunicira s čim drugim. Kvanti svetlobe udarijo in izpodrivajo elektrone, ko svetloba sije na kovinsko površino; to je fotoelektrični učinek.