Pitanje kako svjetlost putuje kroz svemir jedno je od vječnih misterija fizike. U modernim objašnjenjima to je valna pojava kojoj nije potreban medij kroz koji će se širiti. Prema kvantnoj teoriji, također se ponaša kao skup čestica pod određenim okolnostima. U većinu makroskopskih svrha, međutim, njegovo se ponašanje može opisati tretiranjem kao valom i primjenom načela mehanike valova za opisivanje njegova gibanja.
Elektromagnetske vibracije
Sredinom 1800-ih škotski fizičar James Clerk Maxwell ustanovio je da je svjetlost oblik elektromagnetske energije koja putuje u valovima. Pitanje kako to uspijeva u nedostatku medija objašnjava se prirodom elektromagnetskih vibracija. Kad nabijena čestica vibrira, ona stvara električnu vibraciju koja automatski inducira magnetsku - fizičari često vizualiziraju te vibracije koje se javljaju u okomitim ravninama. Uparene oscilacije šire se prema van od izvora; za njihovo provođenje nije potreban nijedan medij, osim elektromagnetskog polja koje prožima svemir.
Zraka svjetlosti
Kad elektromagnetski izvor generira svjetlost, svjetlost putuje prema van kao niz koncentričnih kuglica razmaknutih u skladu s vibracijama izvora. Svjetlost uvijek prolazi najkraćim putem između izvora i odredišta. Linija povučena od izvora do odredišta, okomita na fronte valova, naziva se zraka. Daleko od izvora, sferne valovite fronte degeneriraju se u niz paralelnih linija koje se kreću u smjeru zrake. Njihov razmak definira valnu duljinu svjetlosti, a broj takvih linija koje prolaze određenu točku u određenoj jedinici vremena definira frekvenciju.
Brzina svjetlosti
Frekvencija kojom izvor svjetlosti vibrira određuje frekvenciju - i valnu duljinu - rezultirajućeg zračenja. To izravno utječe na energiju valnog paketa - ili na izbijanje valova koji se kreću kao jedinica - prema odnosu koji je uspostavio fizičar Max Planck početkom 1900-ih. Ako je svjetlost vidljiva, učestalost vibracija određuje boju. Međutim, frekvencija vibracija ne utječe na brzinu svjetlosti. U vakuumu je uvijek 299.792 kilometara u sekundi (186.282 milje u sekundi), vrijednost označena s slovo "c". Prema Einsteinovoj teoriji relativnosti, ništa u svemiru ne putuje brže od ovaj.
Prelamanje i duge
Svjetlost putuje sporije u mediju nego u vakuumu, a brzina je proporcionalna gustoći medija. Ova varijacija brzine uzrokuje savijanje svjetlosti na sučelju dva medija - fenomen koji se naziva lom. Kut pod kojim se savija ovisi o gustoćama dva medija i valnoj duljini upadne svjetlosti. Kada se svjetlost koja pada na prozirni medij sastoji od fronta valova različitih valnih duljina, svaka se valna fronta savija pod različitim kutom, a rezultat je duga.