Lý thuyết khá chính xác đầu tiên về điện từ học, xuất phát từ nhiều công trình khác nhau của các nhà vật lý trong thể kỷ 19, và thống nhất lại bởi James Clerk Maxwell trong bốn phương trình nổi tiếng, các phương trình Maxwell. Ngoài việc thống nhất các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học đi trước, Maxwell còn chỉ ra rằng ánh sáng là sóng điện từ. Trong điện từ học cổ điển, điện từ trường tuân thủ các phương trình Maxwell, và lực điện từ tuân theo định luật lực Lorentz.

Điện từ học cổ điển không tương thích với cơ học cổ điển. Các phương trình Maxwell tiên đoán vận tốc ánh sáng không đổi trong mọi hệ quy chiếu. Điều này vi phạm nguyên lý tương đối Galileo, một trụ cột của cơ học cổ điển. Năm 1905, Albert Einstein giải quyết mâu thuẫn bằng thuyết tương đối. Trong lý thuyết này, từ trường chỉ là một hiệu ứng tương đối tính của điện trường tĩnh và không cần nhiều phương trình như các phương trình Maxwell để mô tả.

Cùng năm 1905, Einstein đã giới thiệu hiệu ứng quang điện nói rằng ánh sáng có thể xem như các hạt, sau này gọi là photon, giải thích một hiện tượng không tương thích với điện từ trường cổ điển. Lý thuyết này mở rộng lời giải cho bài toán tai họa tử ngoại của Max Planck năm 1900, một bài toán khác cho thấy điện từ học cổ điển chưa chính xác. Những lý thuyết này đã giúp xây dựng vật lý lượng tử, đặc biệt là điện động lực học lượng tử. Điện động lực học lượng tử, được bắt đầu từ năm 1925 và hoàn thành vào những năm 1940, là một trong những lý thuyết vật lý chính xác nhất ngày nay.