前麵講的光的幹涉、衍射和偏振現象，都表明了光具有連續性、波動性，而光電效應現象又表明了光具有不連續性、量子性，這不是互相矛盾的嗎？由此可以看出，光的性質是很複雜的，是用日常生活經驗的圖象所難於描繪的。光，這種特殊之物，在不同的具體條件或具體情況下，會表現出完全不同的性質來。在一些具體情況下，它顯示出明顯的波動性，而在另一些完全不同的具體情況下，它又顯示出明顯的量子性。量子即光量子、光子，如前所述，它是一份一份能量的粒子。
由於這個緣故，現代物理學認為，光既有波動性，又有粒子性，這種在不同情況下分別表現為波動和粒子的性質，稱之為“光的波粒二象性”。光在傳播過程中主要顯示出波動性，可以用電磁波理論來解釋；在光的發射、吸收及同其它物質作用時，則顯示出粒子性，遵從於量子理論，它以光量子的形式穿過真空。我們從光子運動的統計規律中，能夠了解到波動的結果，而從電磁場的量子化，又可以了解到光的微粒性的行為。
理論和實驗所得到的結果都表明，不論是靜止質量為零的光子，還是靜止質量不為零的電子、質子、原子等等實物粒子，都同時具有波動性和粒子性，也就是說，具有波粒二象性。象光這樣的微觀粒子，也隻有用波粒二象性才能說明它的各種行為。描述波動特征的兩個物理量——頻率和波長，與描述粒子特征的兩個物理量——能量和動量，光具有動量，這是已經為實驗所證實了的。根據光子能量，這樣，光子說和波動說二者的結論又互相一致、互相統一起來了。
粒子和波的統一性，可以由電子和光子的衍射實驗來認識。在電子衍射實驗中，如果入射電子流的強度很大，即單位時間內有許多電子穿過晶體，則在照相底片上立即出現衍射花樣；如果入射電子流的強度很小，在整個衍射過程中，電子幾乎是一個一個地穿過晶體，則在照相底片上就出現了一個一個的感光點，這些感光點在照相底片上的位置並不都是重合在一起的，開始時，它們毫無規則地散布著，但隨著時間的延長，感光點數目逐漸增多，它們在照相底片上的分布最終形成了衍射花樣。同樣，在光子衍射實驗中，如果入射光子流的強度很大，則照相底片上立即出現光子衍射花樣；如果入射光子流的強度很小，則照相底片上記錄了無規則分布的感光點，但當照相底片受長時間照射後，就會出現完全相同的衍射花樣。由此可見，每一個電子或光子被晶體衍射的現象，和其它電子或光子無關。也就是說，衍射花樣不是電子或光子之間的相互作用而形成的，而是電子或光子具有波動性的結果，這種波動性反映了電子或光子運動軌跡的不確定性。這就說明，當我們考察每個電子或光子的運動時，電子或光子是沒有確定的軌跡的，即經過什麼途徑，出現在什麼地方是不確定的。然而，當我們考察組成電子或光子束的全部電子或光子的運動時，電子或光子的運動就表現出規律性，這種規律與經典波動理論的計算結果是一致的。
電子或光子的波動性和粒子性，可以用統計的觀點來建立聯係。在實驗中，電子或光子的衍射表現為許多電子或光子在同一實驗中的統計結果，或者表現為一個電子或光子在許多次相同實驗中的統計結果。因此，從統計的觀點來看，大量電子或光子被晶體衍射，與其一個一個地被晶體衍射的差別，僅在於前一個實驗是對空間的統計平均，後一個實驗是對時間的統計平均。在前一種情況下，如果說電子或光子在某些地方從空間上看出現得稠密些，那麼，在後一種情況下，就是在這些地方電子或光子從時間上看出現得頻繁些。因此，我們可以從統計的觀點，把波粒二象性聯係起來。這樣，就可以得出結論：波在某一時刻，在空間某點的強度，就是該時刻在該點找到粒子的幾率。波的強度大的地方，每一個電子或光子在這裏出現的幾率也大，因而在這裏出現的電子或光子也多；波的強度很小或等於零的地方，電子出現在這裏的幾率也就很小或等於零，因而出現在這裏的電子或光子很少或者沒有。
從上述的物質波粒二象性的統計關係來看，就不難理解作為粒子的光子，在微觀世界中如何表現為波動性了。我們還可以從前麵講過的雙縫幹涉實驗來認識它。在雙縫幹涉實驗的象屏上放一照相底片，減弱光的強度，則根據光子流的能量和每一個光子的能量，就可以算出含有光子的數目。當光減弱到使光子隻能一個一個地通過狹縫時，光子打在照相底片上是一些無規則分布的點，這時，光就突出地表現出其粒子性，然而並無一定的軌道，這是跟宏觀世界中質點運動完全不同的。如果曝光的時間足夠長，則落在底片上的光子的數目就是大量的，這時照相底片上就會出現明顯的幹涉條紋，就象用強光在短時間內曝光所產生的效果一樣。這就說明，光的波動性，是大量光子的行為的表現，或者說，是大量光子所表現出來的現象。照相底片上，幹涉條紋中的明線，用波動性來解釋，就是光波強度大的地方；用量子性來解釋，也就是粒子到達機會多，即幾率大的地方；而暗線則是光波強度小的地方，也就是光子出現機會少，或者說幾率小的地方。從這樣的意義上來說，雖然單個光子運動規律及其行為是不規則或無規律的，但光波卻可以看成是表明大量光子運動規律的一種幾率波。因此，一般地可以說：個別光子產生的效果常常顯示出光的粒子性，而大量光子產生的效果則往往顯示出光的波動性來。這樣，兩個互相矛盾著的性質，在同一事物的身上是可以統一起來的。