光學(xué)是研究光（電磁波）的行為和性質(zhì)，以及光和物質(zhì)相互作用的物理學(xué)科。傳統(tǒng)的光學(xué)只研究可見光，現(xiàn)代光學(xué)已擴(kuò)展到對全波段電磁波的研究。
光是一種電磁波，在物理學(xué)中，電磁波由電動(dòng)力學(xué)中的麥克斯韋方程組描述；同時(shí)，光具有波粒二象性，需要用量子力學(xué)表達(dá)。
光學(xué)的起源在西方很早就有光學(xué)知識(shí)的記載，歐幾里得(Euclid，公元前約330～260)的<反射光學(xué)>(Catoptrica)研究了光的反射；阿拉伯學(xué)者阿勒·哈增(AI-Hazen，965～1038)寫過一部<光學(xué)全書>，討論了許多光學(xué)的現(xiàn)象。
光學(xué)真正形成一門科學(xué)，應(yīng)該從建立反射定律和折射定律的時(shí)代算起，這兩個(gè)定律奠定了幾何光學(xué)的基礎(chǔ)。17世紀(jì)，望遼鏡和顯微鏡的應(yīng)用大大促進(jìn)了幾何光學(xué)的發(fā)展。
光的本性也是光學(xué)研究的重要課題。微粒說把光看成是由微粒組成，認(rèn)為這些微粒按力學(xué)規(guī)律沿直線飛行，因此光具有直線傳播的性質(zhì)。19世紀(jì)以前，微粒說比較盛行。但是，隨著光學(xué)研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)了許多不能用直進(jìn)性解釋的現(xiàn)象，例如乾涉、繞射等，用光的波動(dòng)性就很容易解釋。於是光學(xué)的波動(dòng)說又占了上風(fēng)。兩種學(xué)說的爭論構(gòu)成了光學(xué)發(fā)展史上的一根紅線。
狹義來說，光學(xué)是關(guān)于光和視見的科學(xué)，optics(光學(xué))這個(gè)詞，早期只用于跟眼睛和視見相聯(lián)系的事物。而今天，常說的光學(xué)是廣義的，是研究從微波、紅外線、可見光、紫外線直到 X射線的寬廣波段范圍內(nèi)的，關(guān)于電磁輻射的發(fā)生、傳播、接收和顯示，以及跟物質(zhì)相互作用的科學(xué)。光學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)重要組成部分，也是與其他應(yīng)用技術(shù)緊密相關(guān)的學(xué)科。
光學(xué)是一門有悠久歷史的學(xué)科，它的發(fā)展史可追溯到2000多年前。
人類對光的研究，最初主要是試圖回答“人怎么能看見周圍的物體？”之類問題。約在公元前400多年(先秦的代)，中國的《墨經(jīng)》中記錄了世界上最早的光學(xué)知識(shí)。它有八條關(guān)于光學(xué)的記載，敘述影的定義和生成，光的直線傳播性和針孔成像，并且以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈淖钟懻摿嗽谄矫骁R、凹球面鏡和凸球面鏡中物和像的關(guān)系。
自《墨經(jīng))開始，公元11世紀(jì)阿拉伯人伊本·海賽木發(fā)明透鏡；公元1590年到17世紀(jì)初，詹森和李普希同時(shí)獨(dú)立地發(fā)明顯微鏡；一直到17世紀(jì)上半葉，才由斯涅耳和笛卡兒將光的反射和折射的觀察結(jié)果，歸結(jié)為今天大家所慣用的反射定律和折射定律。
1665年，牛頓進(jìn)行太陽光的實(shí)驗(yàn)，它把太陽光分解成簡單的組成部分，這些成分形成一個(gè)顏色按一定順序排列的光分布——光譜。它使人們第一次接觸到光的客觀的和定量的特征，各單色光在空間上的分離是由光的本性決定的。
牛頓還發(fā)現(xiàn)了把曲率半徑很大的凸透鏡放在光學(xué)平玻璃板上，當(dāng)用白光照射時(shí)，則見透鏡與玻璃平板接觸處出現(xiàn)一組彩色的同心環(huán)狀條紋；當(dāng)用某一單色光照射時(shí)，則出現(xiàn)一組明暗相間的同心環(huán)條紋，后人把這種現(xiàn)象稱牛頓環(huán)。借助這種現(xiàn)象可以用第一暗環(huán)的空氣隙的厚度來定量地表征相應(yīng)的單色光。
牛頓在發(fā)現(xiàn)這些重要現(xiàn)象的同時(shí)，根據(jù)光的直線傳播性，認(rèn)為光是一種微粒流。微粒從光源飛出來，在均勻媒質(zhì)內(nèi)遵從力學(xué)定律作等速直線運(yùn)動(dòng)。牛頓用這種觀點(diǎn)對折射和反射現(xiàn)象作了解釋。
惠更斯是光的微粒說的反對者，他創(chuàng)立了光的波動(dòng)說。提出“光同聲一樣，是以球形波面?zhèn)鞑サ?rdquo;。并且指出光振動(dòng)所達(dá)到的每一點(diǎn)，都可視為次波的振動(dòng)中心、次波的包絡(luò)面為傳播波的波陣面(波前)。在整個(gè)18世紀(jì)中，光的微粒流理論和光的波動(dòng)理論都被粗略地提了出來，但都不很完整。
19世紀(jì)初，波動(dòng)光學(xué)初步形成，其中托馬斯·楊圓滿地解釋了“薄膜顏色”和雙狹縫乾涉現(xiàn)象。菲涅耳于1818年以楊氏乾涉原理補(bǔ)充了惠更斯原理，由此形成了今天為人們所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圓滿地解釋光的乾涉和衍射現(xiàn)象，也能解釋光的直線傳播。
在進(jìn)一步的研究中，觀察到了光的偏振和偏振光的乾涉。為了解釋這些現(xiàn)象，菲涅耳假定光是一種在連續(xù)媒質(zhì)(以太)中傳播的橫波。為說明光在各不同媒質(zhì)中的不同速度，又必須假定以太的特性在不同的物質(zhì)中是不同的；在各向異性媒質(zhì)中還需要有更復(fù)雜的假設(shè)。此外，還必須給以太以更特殊的性質(zhì)才能解釋光不是縱波。如此性質(zhì)的以太是難以想象的。
1846年，法拉第發(fā)現(xiàn)了光的振動(dòng)面在磁場中發(fā)生旋轉(zhuǎn)；1856年，韋伯發(fā)現(xiàn)光在真空中的速度等于電流強(qiáng)度的電磁單位與靜電單位的比值。他們的發(fā)現(xiàn)表明光學(xué)現(xiàn)象與磁學(xué)、電學(xué)現(xiàn)象間有一定的內(nèi)在關(guān)系。
1860年前后，麥克斯韋的指出，電場和磁場的改變，不能局限于空間的某一部分，而是以等于電流的電磁單位與靜電單位的比值的速度傳播著，光就是這樣一種電磁現(xiàn)象。這個(gè)結(jié)論在18
88年為赫茲的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。然而，這樣的理論還不能說明能產(chǎn)生象光這樣高的頻率的電振子的性質(zhì)，也不能解釋光的色散現(xiàn)象。到了1896年洛倫茲創(chuàng)立電子論，才解釋了發(fā)光和物質(zhì)吸收光的現(xiàn)象，也解釋了光在物質(zhì)中傳播的各種特點(diǎn)，包括對色散現(xiàn)象的解釋。在洛倫茲的理論中，以太乃是廣袤無限的不動(dòng)的媒質(zhì)，其唯一特點(diǎn)是，在這種媒質(zhì)中光振動(dòng)具有一定的傳播速度。
對于像熾熱的黑體的輻射中能量按波長分布這樣重要的問題，洛倫茲理論還不能給出令人滿意的解釋。并且，如果認(rèn)為洛倫茲關(guān)于以太的概念是正確的話，則可將不動(dòng)的以太選作參照系，使人們能區(qū)別出絕對運(yùn)動(dòng)。而事實(shí)上，1887年邁克耳遜用乾涉儀測“以太風(fēng)”，得到否定的結(jié)果，這表明到了洛倫茲電子論時(shí)期，人們對光的本性的認(rèn)識(shí)仍然有不少片面性。
1900年，普朗克從物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)理論中借用不連續(xù)性的概念，提出了輻射的量子論。他認(rèn)為各種頻率的電磁波，包括光，只能以各自確定分量的能量從振子射出，這種能量微粒稱為量子，光的量子稱為光子。
量子論不僅很自然地解釋了灼熱體輻射能量按波長分布的規(guī)律，而且以全新的方式提出了光與物質(zhì)相互作用的整個(gè)問題。量子論不但給光學(xué)，也給整個(gè)物理學(xué)提供了新的概念，所以通常把它的誕生視為近代物理學(xué)的起點(diǎn)。
1905年，愛因斯坦運(yùn)用量子論解釋了光電效應(yīng)。他給光子作了十分明確的表示，特別指出光與物質(zhì)相互作用時(shí)，光也是以光子為最小單位進(jìn)行的。
1905年9月，德國《物理學(xué)年鑒》發(fā)表了愛因斯坦的“關(guān)于運(yùn)動(dòng)媒質(zhì)的電動(dòng)力學(xué)”一文。第一次提出了狹義相對論基本原理，文中指出，從伽利略和牛頓時(shí)代以來占統(tǒng)治地位的古典物理學(xué)，其應(yīng)用范圍只限于速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速的情況，而他的新理論可解釋與很大運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)的過程的特征，根本放棄了以太的概念，圓滿地解釋了運(yùn)動(dòng)物體的光學(xué)現(xiàn)象。