電場と磁場の振動が互を誘導し合って空間を伝わる波のこと。荷電粒子が力を受けて加速度運動する場合や、原子中の電子のエネルギー状態が変化する際に発生する（スペクトルも参照）。電磁波は空間内で電場と磁場そのものが振動する現象で、媒質がない真空中でも空間を伝わり、エネルギーを運ぶ。電磁波は横波で、電場と磁場の振動方向は互いに直交しており、波はその両者に直交する方向に進む（図1参照）。

真空中で電磁波の伝わる速さ（光速度 $c$）はどのような系から見ても一定である。これは光速度不変の原理と呼ばれる。光速度 $c$ と波長 $\lambda$ と周波数（振動数ともいう）$\nu$ の間には $c = \nu\lambda$ の関係がある。媒質中を電磁波が伝わる速さ $v$ は真空中の光速度 $c$ より遅く、$n = c/v$ で媒質の屈折率 $n$ が定義されている。

電磁波は、波長によって性質が変わり、また物質との相互作用の仕方が変わるので、波長帯毎に異なった名前で呼ばれることが多い。波長の短い方から順に、ガンマ線、X線、紫外線、可視光（可視光線）、赤外線、電波と呼ばれるが、それぞれの中でさらに細分して呼ばれることもある（図2）。ただし、境界波長（エネルギー）はそれほど厳密に決まっているわけではない。図2は理科年表2017年版に基づいて作成したものである。とくに、X線とガンマ線の区別は波長によるものではなく、原子核の状態の遷移によって発生するものをガンマ線、電子の状態の遷移によって発生するものをX線と呼ぶ。

電磁波は、波動としての性質（波動性）と粒子としての性質（粒子性）を併せ持つ。つまり電磁波は「波でもあり粒子でもある」。これを粒子と波動の二重性ということがある（ド・ブローイ波長も参照）。電磁波の波長が長いほど波動性が、短いほど粒子性が顕著になる。粒子としての電磁波を光子と呼ぶ。電磁波の周波数（振動数）$\nu$ と光子1個が運ぶエネルギー $E$ の間には $E=h\nu$ という関係がある。ここで $h$ はプランク定数である。すなわち、周波数の高い（波長の短い）電磁波ほど光子のエネルギーが高い。電磁波を特徴付ける場合、ガンマ線やX線など波長の短い電磁波は、波長ではなくエネルギーで、また波長の長い電波は、波長ではなく周波数で表すことが多い。中間の可視光や赤外線は波長を用いることが多い。電磁波の名称と性質を表1にまとめた。

宇宙にはさまざまな天体があり、広範囲のエネルギーが関与するさまざまな活動をしているので、宇宙からはすべての波長の電磁波が地球に届く。そのうち、可視光線と赤外線の一部、および電波は地表まで届くが（図3：大気の窓を参照）、それ以外の電磁波は地球大気に吸収されて地表には届かない。ただし、波長数10 mより長い電波は、吸収されるのではなく電離圏 （電離層とも言う）で反射されるために地表に届かない。それらを観測するためには、人工衛星などの飛翔体を用いて大気外から観測する必要がある。一つの天体をさまざまな電磁波で見ると、電磁波を発生するメカニズムの違いによって、さまざまに違った姿が見える（図4、図5を参照）。宇宙で 起こる現象を理解するには、すべての波長の電磁波による観測が重要である。