Khi một hệ phát ra photon thì năng lượng của hệ sẽ giảm một lượng bằng năng lượng E {\displaystyle E} của photon khi đo trong hệ quy chiếu quán tính, và khối lượng của hệ giảm đi bằng E / c 2 {\displaystyle {E}/{c^{2}}} , tương tự khối lượng của một hệ tăng lên khi hấp thụ một photon bằng năng lượng của photon đó. Áp dụng công thức E=mc^2, phương trình bảo toàn năng lượng trong phản ứng hạt nhân có sự tham gia của photon thường được viết dưới dạng khối lượng của các hạt nhân, và số hạng E / c 2 {\displaystyle {E}/{c^{2}}} cho photon của tia gamma (và cho các dạng năng lượng khác, như năng lượng phản hồi của hạt nhân).[91]

Khái niệm này cũng được áp dụng trong tiên đoán của điện động lực học lượng tử (QED). Trong lý thuyết này, khối lượng của electron (hay lepton) được hiệu chỉnh khi thêm vào đóng góp khối lượng của các photon ảo (kỹ thuật tái chuẩn hóa). Nhờ những hiệu chỉnh này mà QED có những tiên đoán bất ngờ, như mômen lưỡng cực từ dị thường của các lepton, dịch chuyển Lamb, và cấu trúc siêu tinh tế của các cặp lepton liên kết, như muonium và positronium.[92]

Photon cũng đóng góp vào thành phần của tenxơ ứng suất-năng lượng, tenxơ này là nguồn của trường hấp dẫn được mô tả trong thuyết tương đối tổng quát. Ngược lại, photon cũng bị ảnh hưởng bởi trường hấp dẫn; quỹ đạo của nó bị lệch đi trong không thời gian cong, như hiện tượng thấu kính hấp dẫn, tần số của nó cũng bị thay đổi trong hiệu ứng dịch chuyển đỏ do hấp dẫn như được kiểm chứng trong thí nghiệm Pound-Rebka. Không những chỉ đối với photon; những hiệu ứng này cũng tác động tới sóng điện từ trong lý thuyết cổ điển.[93]