1800年，托馬斯·楊發表了《在聲和光方麵的實驗與問題》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後說，在聲波疊加的情況下，可以產生的加強和減弱，出現複合聲調和拍頻。尤其重要的是，他提出了“幹涉”的概念。
1801年，他在英國皇家學會上宣讀了關於薄膜色的論文。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幹涉現象，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，那麼它們的共同作用等於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幹條件及幹涉原理。
這一年，他在發表於《哲學會報》上的論文中，全麵地闡述了幹涉原理：“同一束光的兩不同部分以不同的路徑，要麼完全一樣地、要麼在方向上十分接近地進入眼睛，在光線的路程差是某個長度的整數倍的地方，光就被加強，而在幹涉區域中間狀態，光將最強；對於不同顏色的光束來說，這個長度是不同的。”
1802年，托馬斯·楊在英國皇家學會講演時，引用自己所做的雙孔（雙縫）幹涉實驗。他說：“為使這兩部分光在屏幕上引起的效果疊加起來，需要使來自同一光源、經過不同路徑的光到達同一區域，而不使其相離散，如有離散，也能根據回折、反射或折射把光從一方或從兩方重合起來，將它們的效果疊加。但是，最簡單的辦法是將平行光通過兩個相距很近的針孔。針孔作為新的光源，從那裏發出了球麵光波，照射到屏幕上，光的暗影對稱地向兩側散開。然而，屏幕與小孔的距離越遠，從小孔射來的光就越按相同的角度延伸與擴張。同時，小孔間的距離越近，從它們射出的光就越按比例擴張，這兩部分光疊合後，在屏幕上正對兩小孔連線的中心處最明亮。兩側部分，光從兩個小孔到達各點有一定的路程差，若路程差是光波波長的1倍、2倍、3倍……則屏幕上的這些地方為亮區，並且相鄰的亮區間的距離相等。另一方麵，介於亮區中間的暗區，則對應於路程差為光波波長的12倍的地方。”這就是著名的楊氏雙孔（雙縫）實驗。
托馬斯·楊用紅光照射雙孔，觀察通過雙孔後的光在屏幕上形成的光帶。他遮住一個針孔時，屏上隻有一個紅的光強均勻的光點；當兩個孔均不遮掩時，屏上兩個光點重合區出現了紅黑交替的光帶，紅帶相當明亮，其寬度相等，同時，各黑帶的寬度也相等，並且等於紅帶的寬度。
托馬斯·楊用自己推導出來的相消幹涉條件dsinθ=（2k-1）γ2及sinθ=tgθyr0，導出了光波波長=yr0△y，其中d為雙孔間的距離；r0屏幕間的距離；△y是相鄰兩暗（或亮）條的間距。根據各種實驗比較，組成極端紅光的波長，在空氣中應為l/36000英寸，極端紫光應為1/60000英寸，折合現在的相應波長，即紅江7100A。此光為4200A…這裏人類曆史上第一次用實驗準確測得的可見光的波長。在光學發展史中是具有劃時代意義的。
托馬斯·楊還將幹涉原理應用於解釋衍射現象。1803年11月24日，他在講演中提到了光的幹涉的一般法則的實驗驗證。對隨著影子出現的有色邊緣進行若幹次實驗，便發現關於光的兩部分的一般法則，有色邊緣是根據兩部分光的幹涉形成的。
第一個實驗將木板套窗打開一個孔，在上麵糊上一張厚紙，在厚紙上用針尖鑽個孔，為了觀察方便起見，在木板套窗外的一個適當位置放一個小鏡子，從那裏反射的太陽光按水平方向射到對麵的牆壁上，並且將1/30英寸細長紙片插入太陽光中觀察。映在牆壁上或放在各種不同距離上的其他厚紙的影子，除了陰影的兩側邊緣之外，那一影子的自身也同樣被平行的邊緣所分割，其邊緣非常細，它的數值隨觀察影子的距離而異，影子的中心部分總是呈白色。這些邊緣是通過細紙片的每個側麵的光的兩部分合成的結果，並且與其說是折射不如說是衍射。