在十九世紀末，原子理論逐漸盛行，根據原子理論的看法，物質都是由微小的粒子——原子構成。比如原本被認為是一種流體的電，由湯普森的陰極射線實驗證明是由被稱為電子的粒子所組成。因此，人們認為大多數的物質是由粒子所組成。而與此同時，波被認為是物質的另一種存在方式。波動理論已經被相當深入地研究，包括干涉和衍射等現象。由于光在托馬斯·楊的雙縫干涉實驗中，以及夫瑯和費衍射中所展現的特性，明顯地說明它是一種波動。
不過在二十世紀來臨之時，這個觀點面臨了一些挑戰。1905年由阿爾伯特·愛因斯坦研究的光電效應展示了光粒子性的一面。隨后，電子衍射被預言和證實了。這又展現了原來被認為是粒子的電子波動性的一面。
這個波與粒子的困擾終于在二十世紀初由量子力學的建立所解決，即所謂波粒二象性。它提供了一個理論框架，使得任何物質在一定的環境下都能夠表現出這兩種性質。量子力學認為自然界所有的粒子，如光子、電子或是原子，都能用一個微分方程，如薛定諤方程來描述。這個方程的解即為波函數，它描述了粒子的狀態。波函數具有疊加性，即，它們能夠像波一樣互相干涉和衍射。同時，波函數也被解釋為描述粒子出現在特定位置的幾率幅。這樣，粒子性和波動性就統一在同一個解釋中。
之所以在日常生活中觀察不到物體的波動性，是因為他們的質量太大，導致特征波長比可觀察的限度要小很多，因此可能發生波動性質的尺度在日常生活經驗范圍之外。這也是為什么經典力學能夠令人滿意地解釋“自然現象”。反之，對于基本粒子來說，它們的質量和尺度決定了它們的行為主要是由量子力學所描述的，因而與我們所習慣的圖景相差甚遠。
1800年，托馬斯·楊發表了《在聲和光方面的實驗與問題》的論文，認為光與聲都是波，光是以太介質中傳播的縱振動，不同顏色的光與不同頻率的聲音是相類似的。他在分析了水波的疊加現象之后說，在聲波疊加的情況下，可以產生的加強和減弱，出現復合聲調和拍頻。尤其重要的是，他提出了“干涉”的概念。
1801年，他在英國皇家學會上宣讀了關于薄膜色的論文。論文進一步擴充和發展了惠更斯的波動說，明確地提出了光具有頻率和波長，完善了光波的概念。他比較圓滿地解釋了牛頓環的干涉現象，認為“當有不同起源的兩個振動運動或者完全相同，或者在方向很接近時，那么它們的共同作用等于它們每一個振動單獨所發生的作用之和。”這在實際上已經提出了光的相干條件及干涉原理。