Sóng điện từ thường được mô tả bởi ba tính chất vật lý bất kỳ sau: tần số f, bước sóng λ, hoặc năng lượng photon E. Dải tần số từ &0000009968884208.0000002.4×1023 Hz (1 GeV tia gamma) xuống tần số plasma cục bộ của môi trường giữa các nguyên tử bị ion hóa (~1 kHz). Bước sóng tỉ lệ nghịch với tần số,[2] do đó tia gamma có bước sóng rất ngắn là phân số của kích thước nguyên tử, trong khi các bước sóng có thể dài bằng vũ trụ. Năng lượng photon tỉ lệ thuận với tần số sóng, do đó tia gamma có năng lượng cao nhất (khoảng một tỉ electronvolt) và sóng vô tuyến có năng lượng rất thấp (khoảng một femtô electronvolt). Các mối quan hệ được minh họa bằng các phương trình sau:

f = c λ , or f = E h , or E = h c λ , {\displaystyle f={\frac {c}{\lambda }},\quad {\text{or}}\quad f={\frac {E}{h}},\quad {\text{or}}\quad E={\frac {hc}{\lambda }},}

ở đây:

• c = &0000000299792458.000000299792458 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không
• h = &-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1.0000006.62606896(33)×10−34 J s = &-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-100.0000004.13566733(10)×10−15 eV s là hằng số Planck.[7]

Bất cứ khi nào sóng điện từ tồn tại trong một môi trường vật chất, thì bước sóng của chúng sẽ giảm. Bước sóng của bức xạ điện từ, không bị ảnh hưởng bởi môi trường mà chúng truyền qua, thường được trích dẫn về mặt bước sóng chân không, mặc dù điều này không phải lực nào cũng quy định rõ ràng.

Nói chung, bức xạ điện từ được phân loại thành các bước sóng với: sóng vô tuyến, vi ba, bức xạ terahertz (hay dưới mm), hồng ngoại, vùng ánh sáng nhìn thấy, cực tím, tia X và tia gamma. Việc bức xạ EM phụ thuộc vào bước sóng của nó. Khi bức xạ EM tương tác với một nguyên tử và phân tử, hành vi của nó cũng phụ thuộc vào năng lượng trên mỗi lượng tử (photon) mà nó mang theo.

Quang phổ có thể phát hiện một vùng lớn phổ EM hơn dải ánh sáng nhìn thấy từ 400 nm đến 700 nm. Một phòng thí nghiệm quang phổ thông thường có thể phát hiện bước sóng từ 2 nm tới 2500 nm. Thông tin chi tiết về tính chất vật lý của đối tượng, khí hay thậm chí ngôi sao cũng có thể thu được nhờ loại thiết bị này. Kính quang phổ được dùng rộng rãi trong vật lý học thiên thể. Ví dụ, rất nhiều nguyên tử hydro phát ra một photon sóng vô tuyến có bước sóng 21,12 cm. Ngoài ra, tần số 30 Hz và thấp hơn có thể tạo ra và rất quan trọng trong nghiên cứu các sao tinh vân nhất định[8] và tần số cao như &0009000-2-680-48202.0000002.9×1027 Hz đã được phát hiện từ các nguồn vật lý thiên văn.[9]