光學研究光的性質及其和物質的各種相互作用，光是電磁波。雖然可見光的波長范圍在電磁波中只占很窄的一個波段，但是早在人們認識到光是電磁波以前，人們就對光進行了研究。
17世紀對光的本質提出了兩種假說：一種假說認為光是由許多微粒組成的；另一種假說認為光是一種波動。19世紀在實驗上確定了光有波的獨具的干涉現象，以后的實驗證明光是電磁波。20世紀初又發現光具有粒子性，人們在深入入研究微觀世界后，才認識到光具有波粒二象性。
光可以為物質所發射、吸收、反射、折射和衍射。當所研究的物體或空間的大小遠大于光波的波長時，光可以當作沿直線進行的光線來處理；但當研究深入到現象細節，其空間范圍和光波波長差不多大小的時候，就必須要考慮光的波動性。而研究光和微觀粒子的相互作用時，還要考慮光的粒子性。
光學方法是研究大至天體、小至微生物以至分子、原子結構的非常有效的方法。利用光的干涉效應可以進行非常精密的測量。物質所放出來的光攜帶著關于物質內部結構的重要信息，例如：原子所放出來原子光譜的就和原子結構密切相關。
近年來利用受激輻射機制所產生的激光能夠達到非常大的功率，且光束的張角非常小，其電場強度甚至可以超過原子內部的電場強度。利用激光已經開辟了非線性光學等重要研究方向，激光在工業技術和醫學中已經有了很多重要的應用。