Elektromagnetické vlny jsou jednou z nejznámějších a nejčastěji se vyskytujících forem záření, které podléhá rozptylu. Zvláště důležitý je rozptyl světla a rádiových vln (zejména u radaru). Několik různých aspektů elektromagnetického rozptylu je natolik odlišných, že mají konvenční názvy. Hlavní formy pružného rozptylu světla (zahrnující zanedbatelný přenos energie) jsou Rayleighův rozptyl a Mieho rozptyl. Nepružný rozptyl zahrnuje Brillouinův rozptyl, Ramanův rozptyl, nepružný rozptyl rentgenového záření a Comptonův rozptyl.
Rozptyl světla je jedním ze dvou hlavních fyzikálních procesů, které přispívají k viditelnému vzhledu většiny objektů, druhým je absorpce. Povrchy popisované jako bílé vděčí za svůj vzhled mnohonásobnému rozptylu světla vnitřními nebo povrchovými nehomogenitami v objektu, například hranicemi průhledných mikroskopických krystalů, které tvoří kámen, nebo mikroskopickými vlákny v listu papíru. Obecněji řečeno, lesk (nebo lesk či třpyt) povrchu je dán rozptylem světla. Povrchy s vysokým rozptylem jsou popisovány jako matné nebo s matným povrchem, zatímco absence rozptylu povrchu vede k lesklému vzhledu, jako je tomu u leštěného kovu nebo kamene.
Spektrální absorpce, selektivní pohlcování určitých barev, určuje barvu většiny předmětů s určitou modifikací elastickým rozptylem. Zdánlivě modrá barva žilek v kůži je běžným příkladem, kdy jak spektrální absorpce, tak rozptyl hrají v zabarvení důležitou a komplexní roli. Rozptyl světla může také vytvářet barvu bez absorpce, často odstíny modré, jako je tomu u oblohy (Rayleighův rozptyl), lidské modré duhovky a peří některých ptáků (Prum et al. 1998). Rezonanční rozptyl světla v nanočásticích však může vytvářet mnoho různých vysoce sytých a zářivých odstínů, zejména pokud se jedná o povrchovou plazmonovou rezonanci (Roqué et al. 2006).
Modely rozptylu světla lze rozdělit do tří oblastí na základě bezrozměrného parametru velikosti α, který je definován jako:
α = π D p / λ , {\displaystyle \alpha =\pi D_{\text{p}}/\lambda ,}
kde πDp je obvod částice a λ je vlnová délka dopadajícího záření v prostředí. Na základě hodnoty α jsou tyto oblasti:
α ≪ 1: Rayleighův rozptyl (malá částice ve srovnání s vlnovou délkou světla); α ≈ 1: Mieho rozptyl (částice přibližně stejně velká jako vlnová délka světla, platí pouze pro koule); α ≫ 1: geometrický rozptyl (částice mnohem větší než vlnová délka světla).
Rayleighův rozptyl je proces, při kterém se elektromagnetické záření (včetně světla) rozptyluje malým kulovým objemem s různými indexy lomu, jako je částice, bublina, kapka nebo dokonce fluktuace hustoty. Tento jev poprvé úspěšně modeloval lord Rayleigh, od něhož je odvozen jeho název. Aby Rayleighův model platil, musí být průměr koule mnohem menší než vlnová délka (λ) rozptýlené vlny; obvykle se za horní hranici považuje přibližně 1/10 vlnové délky. V tomto velikostním režimu není přesný tvar rozptylového centra obvykle příliš významný a často jej lze považovat za kouli o ekvivalentním objemu. Vlastní rozptyl, kterému je záření vystaveno při průchodu čistým plynem, je způsoben mikroskopickými fluktuacemi hustoty při pohybu molekul plynu, které jsou obvykle dostatečně malé, aby se Rayleighův model uplatnil. Tento mechanismus rozptylu je hlavní příčinou modré barvy zemské oblohy za jasného dne, protože kratší modré vlnové délky slunečního světla procházejícího nad hlavou jsou podle známého Rayleighova vztahu 1/λ4 silněji rozptýleny než delší červené vlnové délky. Spolu s absorpcí je tento rozptyl hlavní příčinou útlumu záření atmosférou. Stupeň rozptylu se mění jako funkce poměru průměru částic a vlnové délky záření spolu s mnoha dalšími faktory, včetně polarizace, úhlu a koherence.
Pro větší průměry byl problém rozptylu elektromagnetického záření koulemi poprvé vyřešen Gustavem Mie, a rozptyl koulemi většími než Rayleighův rozsah se proto obvykle nazývá Mieho rozptyl. V Mieho režimu se tvar středu rozptylu stává mnohem významnějším a teorie dobře platí pouze pro koule a s určitou modifikací pro sféroidy a elipsoidy. Existují uzavřená řešení pro rozptyl některými dalšími jednoduchými tvary, ale pro libovolné tvary není známo žádné obecné uzavřené řešení.
Mieho i Rayleighův rozptyl se považují za pružné rozptylové procesy, při nichž se energie (a tedy vlnová délka a frekvence) světla podstatně nemění. Elektromagnetické záření rozptýlené pohybujícími se rozptylovými centry však podléhá Dopplerovu posunu, který lze detekovat a využít k měření rychlosti rozptylového centra/center ve formách technik, jako jsou lidar a radar. Tento posun zahrnuje mírnou změnu energie.
Při hodnotách poměru průměru částice k vlnové délce větších než přibližně 10 jsou zákony geometrické optiky většinou dostatečné pro popis interakce světla s částicí. Pro tyto větší koule lze ještě použít Mieho teorii, ale řešení se často stává numericky těžkopádným.
Pro modelování rozptylu v případech, kdy Rayleighův a Mieho model neplatí, jako jsou větší částice nepravidelného tvaru, existuje mnoho numerických metod, které lze použít. Nejběžnější jsou metody konečných prvků, které řeší Maxwellovy rovnice a zjišťují rozložení rozptýleného elektromagnetického pole. Existují sofistikované softwarové balíky, které umožňují uživateli zadat index lomu nebo indexy rozptylujícího prvku v prostoru a vytvořit dvourozměrný nebo někdy i třírozměrný model struktury. U relativně velkých a složitých struktur tyto modely obvykle vyžadují značnou dobu provádění na počítači.
Elektroforéza zahrnuje migraci makromolekul pod vlivem elektrického pole. Elektroforetický rozptyl světla zahrnuje průchod elektrického pole kapalinou, které způsobuje pohyb částic. Čím větší náboj mají částice, tím rychleji se mohou pohybovat.
