一個正常峰谷形式的波，兩個相鄰波峰之間的距離叫做波長，每秒時間內波峰的個數叫頻率。人眼能看見的光只是電磁波譜中很小的一部分，即一個很窄的波段。顯然，波長越大，頻率越小，兩者成反比關係。
觀測和理論天文學都建立在電磁輻射的性質的基礎上。攜帶著能量和動量（頻率越高，攜帶得越多）的電磁波對與之遭遇的物質施加一個力。例如，照射到這頁書上的光在加熱著和推著書紙，太陽發出的電磁風能把彗星的尾巴吹得背離它，恆星核心的輻射壓能阻止恆星因自身引力而收縮。
電磁理論的影響像萬有引力定律一樣巨大，它在理論上和實踐上都給整個人類文明帶來了意義深遠的結果。麥克斯韋死後8年即1887年，亨利希·赫茲（Heinrich Herzi）在實驗室成功地造出了電磁波。20世紀初，古列莫·馬可尼（GugllelmoMarconi）第一次實現了跨越大西洋的無線電聯絡，電訊時代從此開始。第二章 相對論
波動說的疑難
麥克斯韋的理論統一了電和磁，看似簡化了物理學，實則使問題更為複雜，因為它使伽利略和牛頓的宇宙影象孩起禍端、透過對電磁場的仔細的理論和實驗研究，立即提出了兩個簡單的問題，這兩個問題最終導致了20世紀的兩大理論物理成果；鼻子力學和相對論。
第一個問題是，輻射的本質究竟是什麼？麥克斯韋的理論把電磁輻射純粹作為波來處理，但是輻射可轉移能量和動量的能力強烈地顯示出其粒子性。到19世紀末，已有一系列實驗提供了輻射的不連續性的證據。
在兩個世紀之交，馬克斯·普朗克（Max Planck）提出了一個假設，即電磁波（尤其是光）只能以一種能量包，即所謂量子的形式被髮射或吸收。然而直到1905年，愛因斯坦才首先把光量子看作真實的存在，現在稱為光子。為解釋光電效應，也就是金屬板被足夠高頻率的光照射時發出電子的現象，愛因斯坦假定輻射足由其能量與頻率成正比的真實粒子組成，這些粒子把能量傳給金屬中的電子，從而使電子射出。愛因斯坦復活了牛頓的光的微粒論，這個理論曾被拉普拉斯用來推測巨大的暗星球對光的捕獲。力學與電磁學之間的明顯對立直至對年後，即量子力學指出所有物質和輻射都具有波粒二象性時，才得以消除。
第二個問題是，電磁波在什麼媒質中傳播？正是這個問題導致了對時空結構的探索，從而產生了相對論。
運動與靜止
相對論，這一在20世紀物理學裡居於中心地位的輝煌成就，其思想並非由愛因斯坦首創。相對性原理作為物理定律的基礎已有3個世紀之久，這通常歸功於伽利略，而實際上給出正確表述的是笛卡兒。
在對自然界的研究中運用相對性原理，意味著可以合理地期望對物理現象的表述不依賴於觀測者的位置和運動。如果各個觀測者得到的物理定律具有同樣形式，他們所取的參考系就是等價的。
伽利略已經注意到這樣兩個人所作的觀測的等價性：一個在一條停靠港口即相對於陸地靜止的船裡，另一個在一條沿直線勻速駛離港口的船裡，每人都從艙裡1米高處釋放一隻球，則兩球都豎直下落，經歷的時間都是045秒。
伽利略知道，由於地球是圓的，駛離港口的船在作圓周運動。受圓形為完美的古老思想影響，他因此斷定圓周運動是物體的自然狀態，與靜止不可區分。笛卡兒也認識到，均勻手動，即無限直線上的勻速運動，與靜止不可區分。現代人都有這樣的體驗，坐在停著的火車裡看旁邊一列開動的火車，會覺得自己的車在朝相反方向開動。
這些現象都很簡單，然而包含著深刻意義，因為它們表明靜止與勻速運動之間並無差別。靜止是一種慣性狀態，與之等價的勻速運動就也是慣性態。
慣性原理可以表述如下：一個自由物體，即不受任何力的物體，以恆定速度運動。
地球本身幾乎是一個理想的慣性參考系，因為對於通常實驗室裡時間不長的實驗來說，地球繞太陽的轉動可以近似看作以30公里／秒的恆定速度沿直線運動。考慮到地球的自轉，可以透過選定指向遙遠恆星的方向來建立地球慣性系。
射手與火車
慣性原理給予勻速運動的參考系以優越地位，這些參考系中的自然規律表現為“靜止”的形式。伽利略相對論，以及後來愛因斯坦的狹義相對論，都建立在所有慣性系（包括靜止參考系和勻速運動參考系）是等價的這個基礎上。