La physique électromagnétique cherche à expliquer à la fois l’interaction des particules chargées électriquement et les phénomènes magnétiques. Alors qu’à l’origine on pensait qu’ils étaient séparés, il a été démontré que les champs électriques et magnétiques étaient liés. À l’exception des effets gravitationnels, la force électromagnétique régit presque toutes les interactions naturelles observables à l’œil nu. La question de savoir si la physique électromagnétique est fondamentalement liée à d’autres domaines de la physique est un sujet de recherche en cours.
Le physicien britannique James Clerk Maxwell a montré en 1873 que l’électricité et le magnétisme étaient liés. Il a démontré non seulement comment les particules chargées interagissent les unes avec les autres, mais aussi comment les charges en mouvement créent des champs magnétiques. Ses hypothèses ont depuis été largement confirmées par l’expérience. Depuis lors, la physique électromagnétique est considérée comme une théorie unique ; il est incorporé dans un ensemble de quatre lois connues sous le nom d’équations de Maxwell.
Il existe quatre forces fondamentales dans la nature : les forces électromagnétique, gravitationnelle, nucléaire forte et nucléaire faible. Chacun s’applique sur toutes les distances dans l’espace, mais, comme tous les domaines de la science, la force électromagnétique a une portée dans laquelle elle domine. À très grande échelle, comme avec les étoiles et les galaxies, la gravité domine. Des interactions électromagnétiques se produisent toujours, mais elles sont submergées par la force gravitationnelle ; en un sens, la physique électromagnétique est « noyée ».
À des échelles extrêmement petites, comme dans le noyau d’un seul atome, la force nucléaire forte domine. C’est la force responsable du maintien des protons à l’intérieur du noyau, même si la force électromagnétique a tendance à les éloigner. Il reste une échelle intermédiaire largement dominée par la physique électromagnétique.
Même si la force électromagnétique interagit avec chaque particule chargée individuellement, elle est collectivement responsable d’interactions plus importantes. Lorsque les électrons d’un atome se mêlent aux électrons d’un autre, une molécule peut se former. Les molécules peuvent être plus stables que certains atomes individuels. De plus, les molécules peuvent interagir les unes avec les autres dans un processus fondamentalement régi par la physique électromagnétique. Ces échanges moléculaires sont à la base de la chimie.
Des développements récents en physique ont suggéré que la force électromagnétique pourrait être liée aux autres forces fondamentales. La force nucléaire faible, responsable de la décroissance radioactive, apparaît très différente de la force électromagnétique dans les circonstances de tous les jours. À des températures extrêmement élevées, cependant, les deux forces distinctes semblent fusionner dans ce qu’on appelle la force électrofaible. De plus, les forces électromagnétiques et gravitationnelles semblent varier dans l’espace de la même manière. La possibilité que toutes les forces fondamentales soient liées, qui a été popularisée par le physicien britannique Stephen Hawking et d’autres, s’appelle la théorie du tout.