原始稱呼是光量子（light quantum），電磁輻射的量子，傳遞電磁相互作用的規(guī)范粒子，記為γ。其靜止質(zhì)量為零，不帶電荷，其能量為普朗克常量和電磁輻射頻率的乘積，E=hv，在真空中以光速c運(yùn)行，其自旋為1，是玻色子。
1905年，年輕的愛因斯坦發(fā)展了普朗克的量子說。他認(rèn)為，電磁輻射在本質(zhì)上就是一份一份不連續(xù)的，無論是在原子發(fā)射和吸收它們的時(shí)候，還是在傳播過程中都是這樣。愛因斯坦稱它們?yōu)椤肮饬孔印?，?jiǎn)稱“光子”，并用光量子說解釋了光電效應(yīng)，這成為愛因斯坦獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的主要理由。其后，康普頓散射進(jìn)一步證實(shí)了光的粒子性。它表明，不僅在吸收和發(fā)射時(shí)，而且在彈性碰撞時(shí)光也具有粒子性，是既有能量又有動(dòng)量的粒子。如此，光就既具有波動(dòng)性（電磁波），也具有粒子性（光子），即具有波粒二象性。后來，德布羅意又將波粒二象性推廣到了所有的微觀粒子。
光子具有能量ε=hν和動(dòng)量p=hν∕c,是自旋為1的玻色子。它是電磁場(chǎng)的量子，是傳遞電磁相互作用的傳播子。原子中的電子在發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí)，會(huì)發(fā)射或吸收能量等于其能級(jí)差的光子。正反粒子相遇時(shí)將發(fā)生湮滅，轉(zhuǎn)化成為幾個(gè)光子。光子本身不帶電，它的反粒子就是它自己。光子的靜止質(zhì)量為零，在真空中永遠(yuǎn)以光速c運(yùn)動(dòng)，而與觀察者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。由于光速不變的特殊重要性，成為建立狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本基本原理之一。
ε光子起源
早在1900年，M.普朗克解釋黑體輻射能量分布時(shí)作出量子假設(shè)，物質(zhì)振子與輻射之間的能量交換是不連續(xù)的，一份一份的，每一份的能量為hν；1905年阿爾伯特·愛因斯坦進(jìn)一步提出光波本身就不是連續(xù)的而具有粒子性，愛因斯坦稱之為光量子；1923年A.H.康普頓成功地用光量子概念解釋了X光被物質(zhì)散射時(shí)波長(zhǎng)變化的康普頓效應(yīng)，從而光量子概念被廣泛接受和應(yīng)用，1926年正式命名為光子。
根據(jù)計(jì)算：
中子的質(zhì)量：1.674927211（84）×10^-27 千克；中子的半徑：1.11337557（48）費(fèi)米；
質(zhì)子的質(zhì)量：1.672621637（83）×10^-27 千克；質(zhì)子的半徑：1.11286448（48）費(fèi)米；
電子的質(zhì)量：9.10938215（45）×10^-31千克；電子的半徑：0.090880914（40）費(fèi)米；
光子的質(zhì)量：9.347543（38）×10^-36 千克；光子的半徑：0.0031349374（29）費(fèi)米。
光子的能量：4.200577（17）×10^-19焦耳，2.621794（11）電子伏特，頻率：6.339470（26）×10^14 赫茲，波長(zhǎng)：472.8983（20）納米，正好位于青藍(lán)色的光的波長(zhǎng)的中心位置473.5納米附近。
當(dāng)光的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量時(shí)，很容易被電子所吸收或散射；當(dāng)光的質(zhì)量小于臨界質(zhì)量時(shí)，不太容易被電子所吸收，即很容易被電子很快發(fā)射掉；而處于臨界質(zhì)量附近的光子較容易被電子吸收，并向不同方向發(fā)射，由此而形成靑藍(lán)色的天空。
量子電動(dòng)力學(xué)確立后，確認(rèn)光子是傳遞電磁相互作用的媒介粒子。帶電粒子通過發(fā)射或吸收光子而相互作用，正反帶電粒子對(duì)可湮沒轉(zhuǎn)化為光子，它們也可以在電磁場(chǎng)中產(chǎn)生。
光子是光線中攜帶能量的粒子。一個(gè)光子能量的多少正比于光波的頻率大小， 頻率越高, 能量越高。當(dāng)一個(gè)光子被原子吸收時(shí)，就有一個(gè)電子獲得足夠的能量從而從內(nèi)軌道躍遷到外軌道,具有電子躍遷的原子就從基態(tài)變成了激發(fā)態(tài)。
光子具有能量，也具有動(dòng)量，更具有質(zhì)量，按照質(zhì)能方程，E=MC^2=hν，求出M=hν/C^2,
光子由于無法靜止，所以它沒有靜止質(zhì)量，這兒的質(zhì)量是光子的相對(duì)論質(zhì)量。
根據(jù)量子場(chǎng)論，一對(duì)正反粒子可發(fā)生湮滅變成一對(duì)高能伽馬光子，而一對(duì)高能伽馬光子在高溫下亦可發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生一對(duì)正反粒子。比如在T=10^15K的溫度下可發(fā)生光子向質(zhì)子和中子等重子的轉(zhuǎn)化。
光子是傳遞電磁相互作用的基本粒子，是一種規(guī)范玻色子。光子是電磁輻射的載體，而在量子場(chǎng)論中光子被認(rèn)為是電磁相互作用的媒介子。與大多數(shù)基本粒子相比，光子的靜止質(zhì)量為零，這意味著其在真空中的傳播速度是光速。與其他量子一樣，光子具有波粒二象性：光子能夠表現(xiàn)出經(jīng)典波的折射、干涉、衍射等性質(zhì)；而光子的粒子性則表現(xiàn)為和物質(zhì)相互作用時(shí)不像經(jīng)典的粒子那樣可以傳遞任意值的能量，光子只能傳遞量子化的能量。對(duì)可見光而言，單個(gè)光子攜帶的能量約為4×10-19焦耳，這樣大小的能量足以激發(fā)起眼睛上感光細(xì)胞的一個(gè)分子，從而引起視覺。除能量以外，光子還具有動(dòng)量和偏振態(tài)，但單個(gè)光子沒有確定的動(dòng)量或偏振態(tài)。
光子起初被愛因斯坦命名為光量子 。 光子的現(xiàn)代英文名稱photon源于希臘文 φ（在羅馬字下寫為光子操控phocircs），是由美國(guó)物理化學(xué)家吉爾伯特·牛頓·路易斯[3]在他的一個(gè)假設(shè)性理論中創(chuàng)建的。 在路易士的理論中，photon指的是輻射能量的最小單位，其“不能被創(chuàng)造也不能被毀滅”。 盡管由于這一理論與大多數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相違背而從未得到公認(rèn)，photon這一名稱卻很快被很多物理學(xué)家所采用。 根據(jù)科幻小說作家、科普作家艾薩克·阿西莫夫的記載， 阿瑟·康普頓于1927年首先用photon來稱呼光量子。
在物理學(xué)領(lǐng)域，光子通常用希臘字母γ （音：Gamma ）表示，這一符號(hào)有可能來自由法國(guó)物理學(xué)家維拉德（ Paul Ulrich Villard ）于1900年發(fā)現(xiàn)的伽瑪射線，伽瑪射線由盧瑟福和英國(guó)物理學(xué)家安德雷德 （ Edward Andrade ）于1914年證實(shí)是電磁輻射的一種形式。 在化學(xué)和光學(xué)工程領(lǐng)域，光子經(jīng)常被寫為h ν ，即用它的能量來表示；有時(shí)也用f來表示其頻率，即寫為h f 。
用費(fèi)曼圖表示的正電子-負(fù)電子散射（也叫做BhaBha散射 ），波浪線表示交換虛光子的過程
參見： 狹義相對(duì)論
從波的角度看，光子具有兩種可能的偏振態(tài)和三個(gè)正交的波矢分量，決定了它的波長(zhǎng)和傳播方向；從粒光子晶體結(jié)構(gòu)子的角度看，光子靜止質(zhì)量為零，電荷為零， 半衰期無限長(zhǎng)。 光子是自旋為1的規(guī)范玻色子，因而輕子數(shù) 、 重子數(shù)和奇異數(shù)都為零。
光子的靜止質(zhì)量嚴(yán)格為零，本質(zhì)上和庫侖定律嚴(yán)格的距離平方反比關(guān)系等價(jià)，如果光子靜止質(zhì)量不為零，那么庫侖定律也不是嚴(yán)格的平方反比定律。 所有有關(guān)的經(jīng)典理論，如麥克斯韋方程組和電磁場(chǎng)的拉格朗日量都依賴于光子靜質(zhì)量嚴(yán)格為零的假設(shè)。 從愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系和光量子能量公式可粗略得到光子質(zhì)量的上限：M=HV/C^2
這里M即是光子質(zhì)量的上限， V是任意電磁波的頻率，位于超低頻段的舒曼共振已知最低頻率約為7.8赫茲。
這個(gè)值僅比現(xiàn)在得到的廣為接受的上限值高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
參見光子：規(guī)范玻色子
一節(jié)中對(duì)光子質(zhì)量的討論。
光子能夠在很多自然過程中產(chǎn)生，例如：在分子、 原子或原子核從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)電荷被加速的過程中會(huì)輻射光子，粒子和反粒子湮滅時(shí)也會(huì)產(chǎn)生光子；在上述的時(shí)間反演過程中光子能夠被吸收，即分子、原子或原子核從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷，粒子和反粒子對(duì)的產(chǎn)生。
在真空中光子的速度為光速，能量 和動(dòng)量p之間關(guān)系為p=E/c； 相對(duì)論力學(xué)中靜質(zhì)量為m0的粒子的能量動(dòng)量關(guān)系為E^2=(pc)^2+(m0c^2)^2。
光子的能量和動(dòng)量?jī)H與光子的頻率ν有關(guān)；或者說僅與波長(zhǎng)λ有關(guān)。從而得到光子的動(dòng)量大小為 P=h/λ=hv/c
其中h也叫做狄拉克常數(shù)或約化普朗克常數(shù)， k是波矢，其大小也叫做狄拉克常數(shù)或約化普朗克常數(shù) ，方向指向光子的傳播方向；？叫做波數(shù) ；？ 是角頻率 。 光子本身還攜帶有與其頻率無關(guān)的內(nèi)稟角動(dòng)量？： 自旋角動(dòng)量 ？，其大小為光子本身 ，并且自旋角動(dòng)量在其運(yùn)動(dòng)方向上的分量(這一分量在量子場(chǎng)論中被稱作helicity )一定為 ？ ，兩種可能的值分別對(duì)應(yīng)著光子的兩種圓偏振態(tài)（右旋和左旋）。
從光子的能量、動(dòng)量公式可導(dǎo)出一個(gè)推論
粒子和其反粒子的湮滅過程一定產(chǎn)生至少兩個(gè)光子。 原因是在質(zhì)心系下粒子和其反粒子組成的系統(tǒng)總動(dòng)光子量為零，由于能量守恒定律，產(chǎn)生的光子的總動(dòng)量也必須為零；由于單個(gè)光子總具有不為零的大小為 的動(dòng)量，系統(tǒng)只能產(chǎn)生兩個(gè)或兩個(gè)以上的光子來滿足總動(dòng)量為零。 產(chǎn)生光子的頻率，即它們的能量，則由能量-動(dòng)量守恒定律 （四維動(dòng)量守恒）決定。 而從能量-動(dòng)量守恒可知，粒子和反粒子湮滅的逆過程，即雙光子生成電子-反電子對(duì)的過程不可能在真空中自發(fā)產(chǎn)生。
光子具有波粒二象性
即說光子既具有一粒一粒的粒子的特性又有像聲波一樣的波動(dòng)性。當(dāng)時(shí)間為瞬時(shí)值時(shí)，光子以粒子的形式傳播；當(dāng)時(shí)間為平均值時(shí)，光子以波的形式傳播。光子的波動(dòng)性有光子的衍射而證明，光子的粒子性是由光電效應(yīng)證明。
上面有人認(rèn)為光子的動(dòng)質(zhì)量為零是錯(cuò)誤的，光子的靜質(zhì)量為零，否則的話其動(dòng)質(zhì)量將為無窮大。但其動(dòng)質(zhì)量卻是存在的，計(jì)算方法是這樣的：首先，由于頻率為v的光子的能量為
E=hv，（其中h為普朗克常數(shù)），故由質(zhì)能公式可得其質(zhì)量為：m=E/c^2=hv/c^2
其中c^2表示光速的平方，該方法由愛因斯坦首先提出。
經(jīng)典的波有群速度與相速度之分。
光子的速度就是光速。
光子有速度、能量、動(dòng)量、質(zhì)量。光子不可能靜止。光子可以變成其它物質(zhì)（如一對(duì)正負(fù)電子），但能量守恒、動(dòng)量守恒。
歷史發(fā)展（按時(shí)間順序）
到十八世紀(jì)為止的大多數(shù)理論中，光被描述成由無數(shù)微小粒子組成的物質(zhì)。由于微粒說不能較為容易地解釋光的折射、衍射和雙折射等現(xiàn)象，笛卡爾（1637年） 、胡克（1665年）和惠更斯（1678年）等人提出了光的（機(jī)械）波動(dòng)理論；但在當(dāng)時(shí)由于牛頓的權(quán)威影響力，光的微粒說仍然占有主導(dǎo)地位。十九世紀(jì)初，托馬斯·楊和菲涅爾的實(shí)驗(yàn)清晰地證實(shí)了光的干涉和衍射特性，到1850年左右，光的波動(dòng)理論已經(jīng)完全被學(xué)界接受。1865年，麥克斯韋的理論預(yù)言光是一種電磁波，證實(shí)電磁波存在的實(shí)驗(yàn)由赫茲在1888年完成，這似乎標(biāo)志著光的微粒說的徹底終結(jié)。
然而，麥克斯韋理論下的光的電磁說并不能解釋光的所有性質(zhì)。例如在經(jīng)典電磁理論中，光波的能量只與波場(chǎng)的能量密度（光強(qiáng)）有關(guān)，與光波的頻率無關(guān)；但很多相關(guān)實(shí)驗(yàn)，例如光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，都表明光的能量與光強(qiáng)無關(guān)，而僅與頻率有關(guān)。類似的例子還有在光化學(xué)的某些反應(yīng)中，只有當(dāng)光照頻率超過某一閾值時(shí)反應(yīng)才會(huì)發(fā)生，而在閾值以下無論如何提高光強(qiáng)反應(yīng)都不會(huì)發(fā)生。
與此同時(shí)，由眾多物理學(xué)家進(jìn)行的對(duì)于黑體輻射長(zhǎng)達(dá)四十多年（1860-1900）的研究因普朗克建立的假說而得到終結(jié)，普朗克提出任何系統(tǒng)發(fā)射或吸收頻率為<math>\nu\,</math>的電磁波的能量總是<math>E = h\nu\,</math>的整數(shù)倍。愛因斯坦由此提出的光量子假說則能夠成功對(duì)光電效應(yīng)作出解釋，愛因斯坦因此獲得1921年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。愛因斯坦的理論先進(jìn)性在于，在麥克斯韋的經(jīng)典電磁理論中電磁場(chǎng)的能量是連續(xù)的，能夠具有任意大小的值，而由于物質(zhì)發(fā)射或吸收電磁波的能量是量子化的，這使得很多物理學(xué)家試圖去尋找是怎樣一種存在于物質(zhì)中的約束限制了電磁波的能量只能為量子化的值；而愛因斯坦則開創(chuàng)性地提出電磁場(chǎng)的能量本身就是量子化的 。愛因斯坦并沒有質(zhì)疑麥克斯韋理論的正確性，但他也指出如果將麥克斯韋理論中的經(jīng)典光波場(chǎng)的能量集中到一個(gè)個(gè)運(yùn)動(dòng)互不影響的光量子上，很多類似于光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虮缓芎玫亟忉?。?909年和1916年，愛因斯坦指出如果普朗克的黑體輻射定律成立，則電磁波的量子必須具有<math>p=\frac{\lambda}</math>的動(dòng)量，以賦予它們完美的粒子性。光子的動(dòng)量在1926年由康普頓在實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到 ，康普頓也因此獲得1927年的諾貝爾獎(jiǎng)。
愛因斯坦等人的工作證明了光子的存在，隨之而來的問題是：如何將麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論和光量子理論統(tǒng)一起來呢？愛因斯坦始終未能找到統(tǒng)一兩者的理論，但如今這個(gè)問題的解答已經(jīng)被包含在量子電動(dòng)力學(xué)和其后續(xù)理論：標(biāo)準(zhǔn)模型中。
這里討論的是光子在當(dāng)今技術(shù)中的應(yīng)用，而不是泛指可在傳統(tǒng)光學(xué)下應(yīng)用的光學(xué)儀器（如透鏡）。激光是二十世紀(jì)光學(xué)最重要的技術(shù)之一，其原理是上文討論的受激輻射。
對(duì)單個(gè)光子的探測(cè)可用多種方法，傳統(tǒng)的光電倍增管利用光電效應(yīng)：當(dāng)有光子到達(dá)金屬板激發(fā)出電子時(shí)，所形成的光電流將被放大引起雪崩放電。電荷耦合元件（CCD）應(yīng)用半導(dǎo)體中類似的效應(yīng)，入射的光子在一個(gè)微型電容器上激發(fā)出電子從而可被探測(cè)到。其他探測(cè)器，如蓋革計(jì)數(shù)器利用光子能夠電離氣體分子的性質(zhì)，從而在導(dǎo)體中形成可檢測(cè)的電流。
普朗克的能量公式<math>E=h\nu</math>經(jīng)常在工程和化學(xué)中被用來計(jì)算存在光子吸收時(shí)的能量變化，以及能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)射光的頻率。例如在熒光燈的發(fā)射光譜的設(shè)計(jì)中會(huì)用不同能級(jí)的電子去碰撞氣體分子，直到有合適的能級(jí)能夠激發(fā)出熒光。
在某些情形下，單獨(dú)一個(gè)光子無能力激發(fā)一個(gè)能級(jí)的躍遷，而需要有兩個(gè)光子同時(shí)激發(fā)。這就提供了更高分辨率的顯微技術(shù)，因?yàn)闃悠分挥性趦墒煌伾墓馑丈涞母叨戎丿B的部分之內(nèi)才會(huì)吸收能量，而這部分的體積要比單獨(dú)一束光照射到并引起激發(fā)的部分小很多，這種技術(shù)被應(yīng)用于雙光子激發(fā)顯微鏡中。而且，應(yīng)用弱光照射能夠減小光照對(duì)樣品的影響。
有時(shí)候兩個(gè)系統(tǒng)的能級(jí)躍遷會(huì)發(fā)生耦合，即一個(gè)系統(tǒng)吸收光子，而另一個(gè)系統(tǒng)從中“竊取”了這部分能量并釋放出不同頻率的光子。這是熒光共振能量傳遞的基礎(chǔ)，被應(yīng)用于測(cè)量分子間距中。
量子光學(xué)是物理光學(xué)中相對(duì)于波動(dòng)光學(xué)的另一個(gè)分支。光子可能是超快的量子計(jì)算機(jī)的基本運(yùn)算元素，而在這方面重點(diǎn)研究的對(duì)象是量子糾纏態(tài)。非線性光學(xué)是當(dāng)前光學(xué)另一個(gè)活躍的領(lǐng)域，它研究的課題包括光纖中的非線性散射效應(yīng)、四波混頻、雙光子吸收、自相位調(diào)制、光學(xué)參量振蕩等。不過這些課題中并不都要求假設(shè)光子的存在，在建模過程中原子經(jīng)常被處理為一個(gè)非線性振子。非線性效應(yīng)中的自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換經(jīng)常被用來產(chǎn)生單光子態(tài)。最后，光子是光通信領(lǐng)域某些方面的關(guān)鍵因素，特別是在量子密碼學(xué)中。
華中科技大學(xué)教授重新確定光子靜止質(zhì)量上限，有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為：光子靜止質(zhì)量為零是經(jīng)典電磁理論的基本假設(shè)之一。但有些科學(xué)家則認(rèn)為，光子可能有靜止質(zhì)量。如果實(shí)驗(yàn)最終檢測(cè)到光子存在靜止質(zhì)量，那么有些經(jīng)典理論將要有所變化。
在2月28日出版的美國(guó)《物理學(xué)評(píng)論快報(bào)》（PhysicalReviewLetters） 上，有專文介紹說：“一項(xiàng)由中國(guó)科學(xué)家羅俊等完成的新的實(shí)驗(yàn)表明，在任何情況下，光子的靜止質(zhì)量都不會(huì)超過10的負(fù)54次方千克，這一結(jié)果是之前已知的光子質(zhì)量上限的1/20?！绷_俊和他的同事通過一種新穎的實(shí)驗(yàn)方法，在一個(gè)山洞實(shí)驗(yàn)室里將光子靜止質(zhì)量的上限，進(jìn)一步提高了至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
據(jù)悉，如果光子存在靜止質(zhì)量，雖然不會(huì)影響到人們的日常生活，但其產(chǎn)生的后果將是根本性的———例如，光速將隨波長(zhǎng)的改變而變化，并且光波將像聲波一樣能夠產(chǎn)生縱向振動(dòng)。
光子：光子是兩個(gè)光速奇子在萬有引力下盤旋耦合而成的，為光速奇子所成之外像。質(zhì)量m≈9.1102x10-31kg。
具有逃逸速度的自由奇子垂直跌入轉(zhuǎn)子黃道或紅道，被其中的聚子撞擊逃逸而出，此即為光速奇子，2個(gè)光速奇子在萬有引力下耦合成1個(gè)光子。常溫下物質(zhì)運(yùn)動(dòng)達(dá)到某一速度，進(jìn)入其中的同向自由奇子被物質(zhì)轉(zhuǎn)子中的黃、紅軌道上的聚子打出耦合成光速奇子流，則此物質(zhì)即持續(xù)發(fā)光。
設(shè)光子波長(zhǎng)為λ，其中奇子盤旋直徑為d，則d≈4.09257910-20x λ3/2。
紫外光子直徑小，紅外光子直徑大，同速之光子，紅外光子整體能態(tài)略高，紫外光子易引發(fā)光電效應(yīng)，主要因?yàn)樽贤夤庾尤菀滓栏芥i定于普通物質(zhì)同一團(tuán)子之內(nèi)，引發(fā)團(tuán)子振蕩，易激發(fā)出電速奇子；紅外光子易引發(fā)熱效應(yīng)，主要因?yàn)榧t外光子易依附鎖定于普通物質(zhì)同一輕原子核之上，易引發(fā)輕原子核振蕩，易激發(fā)出熱速奇子。
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