Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement électromagnétique selon ses différentes composantes en termes de fréquence (ou période), d'énergie des photons ou encore de longueur d'onde associée, les quatre grandeurs f (fréquence), T (période), E (énergie) et  λ (longueur d'onde) étant liées deux à deux par :

• h      la constante de Planck (approx. 6,626069×10^-34 J.s  ~  41,356 670 81×10^-16 eV.s)

• c      et la vitesse de la lumière (exactement 299 792 458 m/s)

selon les formules :

• E  =  h f  =  h / T      pour l'énergie transportée par le photon,

• c  =  λ f =  λ / T      pour le déplacement dans le vide (relativiste dans tous les référenciels) du photon,

d'où aussi :

• E = h c / λ.

      Le terme spectre fut employé pour la première fois en 1666 par Isaac Newton pour se référer au phénomène par lequel un prisme de verre peut séparer les couleurs contenues dans la lumière du Soleil.

     Pour les ondes radio et la lumière, on utilise habituellement la longueur d'onde. À partir des rayons X, les longueurs d'ondes sont rarement utilisées : comme on a affaire à des particules très énergétiques, l'énergie correspondant au photon X ou g (gamma) détecté est plus utile. Cette énergie est exprimée en électron-volt (eV), soit l'énergie d'un électron accéléré par un potentiel de 1 volt.

     Pour des raisons historiques, les ondes électromagnétiques sont désignées par différents termes, en fonction des gammes de fréquence (ou de longueur d'ondes). Par longueur d'onde décroissante, ce sont :

• les ondes radio et les ondes radar sont produites par des courants électriques moyenne, haute ou hyper fréquence.
  
  

• les ondes infrarouges, la lumière visible et le rayonnement ultraviolet sont produits par des transitions électroniques dans les atomes, concernant les électrons périphériques, ainsi que par le rayonnement thermique ; les ondes ultraviolettes ont des effets sur la peau (bronzage, coups de soleil, cancer de la peau).
  
  

  Trois classes d'ultra-violets se distinguent en fonction de leur longueur d'onde :

  • Les UV A de 315 à 400 nm
  • Les UV B de 280 à 315 nm
  • Les UV C de 200 à 280 nm

  Les UV A sont les UV les moins dangereux pour la santé. Les UV A représentent plus de 95% des ultra-violets qui arrivent à la surface de la terre. Ils sont responsables du bronzage "lent" (en profondeur), du vieillissement de la peau et du développement de certains cancers de la peau.

  Les UV B sont plus dangereux que les UV A. Ils sont bien absorbés par la couche d'ozone et représentent moins de 5% des ultra-violets qui arrivent à la surface de la terre. En association avec les infrarouges, les UV B sont responsables des coups de soleil (bronzage rapide, réaction cutanée aigue). Bien que la quantité de ces rayons atteignant le sol soit très faible, ils n'en sont pas moins dangereux quant à leurs effets cancérigènes sur la peau.

  Les UV C sont de loin les plus dangereux car l'ADN absorbe très bien ces UV (avec un maximum à environ 253,7 nm). Heureusement pour nous, ce type d'UV n'atteint pas le sol car ils sont totalement retenus par la couche d'ozone.

• les rayons X sont produits lors des transitions électroniques. Ils sont par exemple générés par radioactivité (photons de fluorescence émis lors de la réorganisation du cortège électronique d'un atome), par freinage d'électrons (tube à rayons X) ou par rayonnement synchrotron (par déviation de faisceau d'électrons relativistes). Du fait de leur faible longueur d'onde, ils diffractent sur les cristaux ; les rayons X durs correspondent à des photons de plus haute énergie, et les rayons X mous à des photons de plus faible énergie.
  
  

• le rayonnement g (gamma) est produit par la radioactivité lors de la désexcitation d'un noyau. Ils sont donc en particulier émis par les matériaux radioactifs et les réacteurs nucléaires.
  
  

      La lumière blanche, telle que produite par le Soleil, peut se décomposer en arc-en-ciel à l'aide d'un prisme ou d'un réseau de diffraction.

     L'arc-en-ciel contient un dégradé de couleurs recouvrant toutes les teintes, sauf le magenta.

     On peut observer l'effet d'un arc-en-ciel toutes les fois où il y a de l'eau en suspension dans l'air et qu'une source lumineuse - en général le Soleil - brille derrière l'observateur. Les arcs-en-ciel les plus spectaculaires ont lieu lorsque la moitié du ciel opposée au Soleil est obscurcie par les nuages mais que l'observateur est à un endroit où le ciel est clair. Un autre endroit commun où l'on peut voir cet effet est à proximité de chutes d'eau.

     Chaque "couleur spectrale" de cette décomposition correspond à une longueur d'onde précise ; cependant, la physiologie de la perception des couleurs fait qu'une couleur vue ne correspond pas nécessairement à une radiation de longueur d'onde unique mais peut être une superposition de radiations monochromatiques. La spectrométrie étudie les procédés de décomposition, d'observation et de mesure des radiations en ondes monochromatiques.

     Les photons de lumière visible les plus énergétiques (violet) sont à 3 eV. Les rayons X couvrent la gamme 100 eV à 100 keV. Les rayons g sont au-delà de 100 keV. Des photons g de plus de 100 MeV (100 000 000 eV) émis par un quasar ont été détectés.