从光是一种波动出发，研究光在介质中传播规律的学科，也称为波动光学。可用来研究光的干涉、光的衍射、光的偏振及其在各向异性介质中传播所呈现出的现象。由于光速和电磁波传播速度相同，从而推测光也是电磁波，这一推测被以后所有实验所证实。而利用几何光学所得的结果，通常总是波动光学在某些条件下的近似或极限。

与几何光学不同，波动光学不仅考察孔径远大于波长情况下的光的传播过程，而且研究任何孔径情况下的光的传播过程。波动光学总能得出正确的解，但是有时用波动光学方法较为复杂，所以通常根据问题的性质来决定采用几何光学还是波动光学，或者两者兼而用之。例如，在光学仪器的一般光学系统设计中，多用几何光学方法来确定系统的结构要素，但在求得光能分布形式从而评价其成像质量时，就必须用波动光学方法。

波动光学的理论基础就是经典电动力学的麦克斯韦方程组。光在介质中的宏观参量介电常数ε和磁导率μ，麦克斯韦方程组中表现为系数。它们与透明介质的折射率n之间有个简单的关系:n=(εμ)。波动光学不详细论述ε和μ与物质结构的关系，而侧重于解释光波的传播规律。在建立ε和μ跟分子和晶体结构之间的关系中，研究这些内容有时称为分子光学。波动光学可解释光在散射介质和各向异性介质中传播时所伴随产生的过程和在介质界面附近的表现;也能解释色散现象和各种介质中压力、温度、声场、电场和磁场对光学现象的影响。

虽然波动光学能对光的传播作出满意的解释，但一般不能说明光的发射和吸收过程，表现出经典物理的困难。