用波动理论可以解释光的反射、折射、干涉、绕射和偏振等现象。因此人们把光的运动看成一种波动。然而用波动理论却无法解释光电效应的实验事实。按照波动理论，波是连续传播的，因此当光与金属中的电子相互作用时，电子应能连续不断地从光波获得能量。只要电子积累起足够的能量，似乎就能挣脱金属原子对它的束缚而发射出来。光越强，能量越大，积累能量的时间应该越短；光越弱，能量越小，积累能量的时间应该越长。但实验结果表明，能引起光电效应的光，它的频率ν必须大于光电效应极限频率ν0。ν0的波长λ0=c/ν0是引起光电效应的最大极限波长。λ0和ν0叫做光电效应的红限。不同材料制成的光电阴极的红限是不同的，下表中列出几种光电阴极材料的红限值。如果入射光的频率小于红限ν0，不论入射光的强弱为何，都不会发射出光电子；如果入射光频率大于红限，即使入射光很微弱，电子也会立即逸出，几乎不需要积累能量的时间。这些实验事实用波动理论是无法解释的。
表 几种材料的红限值
为了解释光电效应这一实验事实，人们提出光是一种以光速运动的粒子流，每一个粒子称为光子，光子是具有能量的粒子。频率为hv的光则是以一群能量各为如的粒子在空间传播。当金属中的电子吸收了入射光子的能量时，若足以克服逸出功hv那么电子就会逸出金属表面，产生光电子发射，逸出的光电子动能为：
上式称为爱因斯坦光电效应方程。当mev02/2 =0时，则φ=hv。因此与红限频率所对应的临界（截止）波长为λ0= ch/φ(c为光速）。当波长小于λ0的入射光照射物质表面时，单位时间逸出的电子数i即发射的光电流Z与光强成正比，即
式中，p——入射光功率；η一一外光量子效率，它与材料及表面状态有关，是波长λ的函数；e ——电子电荷量。
应该指出，逸出功越小的物质，其热电子发射（即暗电流）也越显著，干扰噪声就越大。
由爱因斯坦光电效应方程可以看出：
①光电流的大小与入射光的强度成正比；
②光电子的初动能只与入射光的频率有关，而与入射光强度无关；
③当入射光的频率低于某一极限频率（称为红限频率，随金属不同而异）时，不论光照的强弱，照射时间的长短，均无光电子产生；
④从光照开始到光电子被释放出来，整个过程只需10-9s以下的时间。
以上说明，波动理论只能解释光在传播过程中的反射、折射、干涉、绕射和偏振等现象，而不能解释光电效应等现象。当把光看成粒子流以后，就能解释光电效应的各种现象。这说明光在传播过程中体现出波动性，光与物质相互作用时体现出粒子性。因此光既具有波动性又具有粒子性，这种双重性质叫做波粒二象性。