科學(xué)描述光和光學(xué)現(xiàn)象的早期嘗試是基于微粒理論（由勒內(nèi)·笛卡爾、艾薩克·牛頓等人提出），假設(shè)光由小粒子組成，這些小粒子至少在自由空間中以一定速度沿直線傳播。這符合幾何光學(xué)，在幾何光學(xué)中，光由幾何光線表示。從17世紀(jì)開(kāi)始，像羅伯特·胡克和克里斯蒂安·惠更斯這樣的科學(xué)家更密切地跟蹤光的波動(dòng)性質(zhì)的證據(jù)，這最終導(dǎo)致了光的波動(dòng)理論（波動(dòng)光學(xué)），這是由惠更斯在數(shù)學(xué)上計(jì)算出來(lái)的（于1690年發(fā)表），后來(lái)由土木工程師奧古斯丁-讓·菲涅爾進(jìn)行了更詳細(xì)的研究。波動(dòng)光學(xué)沒(méi)有立即被接受為描述光的性質(zhì)的合適模型；直到19世紀(jì)初，它才真正被科學(xué)界廣泛接受，特別是在多米尼克·弗朗索瓦·讓·阿拉戈觀察到所謂的阿拉戈光斑之后，奧古斯丁·讓·菲涅爾做出了重要貢獻(xiàn)�；诓▌�(dòng)理論，人們現(xiàn)在可以很好地描述以下重要的光學(xué)現(xiàn)象
• 光的衍射效應(yīng)，例如在光學(xué)狹縫處的衍射效應(yīng)（后來(lái)有更詳細(xì)的研究，例如由托馬斯·楊進(jìn)行的研究）
• 干涉現(xiàn)象
• 光的偏振（奧古斯丁·讓·菲涅耳的開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)）
19世紀(jì)60年代，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋將光波等同于電磁波。然而，在此之前，波動(dòng)光學(xué)領(lǐng)域的大量卓有成效的研究已經(jīng)成為可能，也就是說(shuō)，無(wú)需了解光波的詳細(xì)物理性質(zhì)。
波動(dòng)光學(xué)的現(xiàn)代應(yīng)用在數(shù)學(xué)上可以以麥克斯韋方程組為最根本的基礎(chǔ)；人們可以直接從中導(dǎo)出一個(gè)波動(dòng)方程，這是一個(gè)時(shí)間和空間上的二階微分方程。對(duì)于單色光，可以得到亥姆霍茲方程。在許多情況下，人們使用簡(jiǎn)化的方程，這些方程是近似的，但在某些有限的范圍內(nèi)相當(dāng)精確。例如，對(duì)于主要在z方向上傳播的場(chǎng)，人們通�？梢院雎韵鄬�(duì)于z坐標(biāo)的二階導(dǎo)數(shù)。人們也經(jīng)常使用旁軸近似法。忽略電磁波橫向性質(zhì)的標(biāo)量波模型也廣泛用于光學(xué)中，例如用于計(jì)算光纖模式。對(duì)于某些應(yīng)用，需要更復(fù)雜的模型來(lái)全面描述電磁波傳播。
波動(dòng)光學(xué)通常被理解為完全經(jīng)典的方法，不考慮任何量子效應(yīng)。量子光學(xué)與擴(kuò)展理論一起工作，電磁場(chǎng)在一個(gè)新的基礎(chǔ)上被處理。盡管某種粒子特征（→光子）也變得明顯起來(lái)，但光的波動(dòng)特性仍然起著重要作用。
波動(dòng)光學(xué)中一個(gè)非常重要的概念是傅里葉光學(xué)，它本質(zhì)上意味著橫向空間傅里葉變換的應(yīng)用。這既可以對(duì)各種現(xiàn)象和設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行直觀的定性解釋，也可以進(jìn)行定量計(jì)算。這種計(jì)算只能部分地用分析方法來(lái)完成。
圖1:可變輸入光束位置下多模光纖末端的強(qiáng)度分布，顯示為動(dòng)態(tài)圖形。這種計(jì)算需要基于波動(dòng)光學(xué)；光線光學(xué)是不夠的。圖片來(lái)自 RP Fiber Power 軟件的案例研究。
通常，基于某種波動(dòng)方程使用數(shù)值軟件來(lái)模擬光傳播。雖然這種方法原則上相當(dāng)通用，但如果不使用各種限制假設(shè)（例如，光基本上只沿一個(gè)方向傳播），計(jì)算時(shí)間和內(nèi)存需求可能會(huì)過(guò)多。就幾何光學(xué)而言，足以進(jìn)行真實(shí)的描述，這種方法通常優(yōu)于波動(dòng)光學(xué)，因?yàn)樗鼘?duì)計(jì)算的要求要低得多。
與此相關(guān)的一個(gè)術(shù)語(yǔ)是物理光學(xué)，它可能被解釋為與波動(dòng)光學(xué)相同，或者在應(yīng)用某些近似時(shí)具有更嚴(yán)格的意義。該術(shù)語(yǔ)強(qiáng)調(diào)，這種基于波的模型在物理上比幾何光學(xué)更真實(shí)，即使它們不是基于完整的麥克斯韋方程。
