雖然我們在研究中經(jīng)常提及分子對光的吸收，但是，對于分子層面的光-分子相互作用并沒有足夠詳細的描述。接下來我們將從光的粒子性和波性兩個方向來討論光-分子相互作用。

光子理論認為，光子是一種攜帶能量的粒子，光子的能量與它的頻率成正比。因為其真空中運動速度為c，因而其質(zhì)量為零。光子概念的提出來自于光電效應，當一束特定能量的光照射金屬板（對于其他樣品，根據(jù)采用的光源——紫外光或者X射線——分為紫外光電子能譜（UPS）和X射線光電子能譜（XPS）），將電子以特定速度擊出。通過探測電子能量，我們能夠得到分子中的能級分布。這里的光-分子相互作用主要體現(xiàn)在光子將能量傳遞給分子中的電子。電子獲得動能，足以轉(zhuǎn)化為其與核相互作用的靜電勢能，從而擺脫核的束縛，因為能量是光子提供的，因而這種電子稱為光電子。

光子模型可以很好的解釋光電子的能量為什么不是連續(xù)值而是量子化的——原子內(nèi)部能級是量子化的，并且單個電子只能吸收一個光子（雖然某些分子在高光強條件下有可能發(fā)生雙光子吸收，但這并不在本文的討論范疇）。

當我們用波動的觀點來看光-分子相互作用時，可以驚奇的發(fā)現(xiàn)，波動理論能夠更好的解釋躍遷問題和光的吸收。光的本質(zhì)是電磁波，這意味著有交變的電場和磁場，從而這種電磁相互作用可以定量的計算分子中化學鍵對光的吸收——化學鍵的本質(zhì)是處于原子核靜電勢阱中的電子。由于軌道電子的速率遠小于光速，因而電場力（eE）遠大于磁場力（eνH/c），這時我們可以直接忽略磁場的影響，只考慮電場-分子相互作用。事實證明，這種假設并不會給結(jié)果帶來影響。

關于分子軌道的對稱性，可以用對稱與反對稱來表述，如果原子軌道的波函數(shù)是中心對稱的，即反演之后具有不變性，則稱為對稱的，而如果符號改變，就稱為反對稱的。對于化學鍵模型，我們可以先從最簡單的氫原子s軌道開始討論。

雖然在s軌道里，電子圍繞著原子核做球形對稱運動，但是，如果電場介入，電子將不進行這種球形運動，而是在原子核的兩側(cè)進行交替的運動。在下面的圖像中，取光波的電向量為y軸，光波傳播方向為x軸，則可以看到隨著光波沿著x軸傳播，電子會沿著y軸做往復的運動，很容易聯(lián)想到這種含時振蕩具有一定的2p軌道的性質(zhì)。這意味著，原子軌道的躍遷實際上是電子運動與電磁波的電場的復合結(jié)果。

下面我們來進行一個推廣，考慮氫氣分子的分子軌道（電子能級），其σ軌道是對稱的，在垂直和平行于鍵軸的方向與電磁波場進行電磁相互作用，原有的σ電子軌道受到電場的極化，分別得到σ*反鍵軌道和Π成鍵軌道。

了解光-分子相互作用對研究某些宏觀現(xiàn)象具有重要意義。如果考察現(xiàn)在地球上的生物，可以發(fā)現(xiàn)很多不對稱性，包括但不限于：植物藤蔓纏繞的方向、貝殼與海螺殼上的螺旋方向，甚至還有我們的左手和右手。Balavoine和Moradpour研究了偏振光對化學反應的誘導，下圖是他們使用的裝置，實驗結(jié)果也說明偏振光可以引導不對稱的化學反應。

在昆蟲及其幼蟲、甲殼類動物和螯合類動物中都發(fā)現(xiàn)了對偏振光驚人的敏感性。這些動物不僅能夠探測偏振光，而且它們中的一些能夠利用天的自然偏振性進行導航。這些自然界的不對稱性，很有可能來自于自然界最初的圓偏振光。