Elektromagnetiska vågor är en av de mest kända och vanligast förekommande formerna av strålning som genomgår spridning. Spridning av ljus- och radiovågor (särskilt i radar) är särskilt viktig. Flera olika aspekter av elektromagnetisk spridning är tillräckligt distinkta för att ha konventionella namn. Viktiga former av elastisk ljusspridning (med försumbar energiöverföring) är Rayleighspridning och Mie-spridning. Oelastisk spridning omfattar Brillouin-spridning, Raman-spridning, inelastisk röntgenspridning och Compton-spridning.
Ljusspridning är en av de två viktigaste fysikaliska processerna som bidrar till det synliga utseendet hos de flesta objekt, den andra är absorption. Ytor som beskrivs som vita har sitt utseende att tacka för att ljuset sprids flera gånger av inre eller ytliga inhomogeniteter i objektet, till exempel av gränserna för de genomskinliga mikroskopiska kristaller som utgör en sten eller av de mikroskopiska fibrerna i ett pappersark. Mer allmänt bestäms ytans glans (eller lyster) av spridningen. Ytor med hög spridning beskrivs som matta eller matt, medan avsaknad av ytspridning leder till ett glänsande utseende, som hos polerad metall eller sten.
Spektralabsorption, den selektiva absorptionen av vissa färger, bestämmer färgen på de flesta föremål med viss modifiering genom elastisk spridning. Den skenbart blå färgen hos vener i huden är ett vanligt exempel där både spektral absorption och spridning spelar viktiga och komplexa roller i färgningen. Ljusspridning kan också skapa färg utan absorption, ofta nyanser av blått, som i himlen (Rayleighspridning), människans blå iris och fjädrarna hos vissa fåglar (Prum et al. 1998). Resonant ljusspridning i nanopartiklar kan dock skapa många olika mycket mättade och livfulla nyanser, särskilt när ytplasmonresonans är inblandad (Roqué et al. 2006).
Modeller för ljusspridning kan delas in i tre domäner baserade på en dimensionslös storleksparameter, α, som definieras som:
α = π D p / λ , {\displaystyle \alpha =\pi D_{\text{p}}}/\lambda ,}
där πDp är omkretsen av en partikel och λ är våglängden för infallande strålning i mediet. Baserat på värdet av α är dessa domäner:
α ≪ 1: Rayleighspridning (liten partikel jämfört med ljusets våglängd); α ≈ 1: Mie-spridning (partikel ungefär lika stor som ljusets våglängd, gäller endast för sfärer); α ≫ 1: geometrisk spridning (partikel mycket större än ljusets våglängd).
Rayleighspridning är en process där elektromagnetisk strålning (inklusive ljus) sprids av en liten sfärisk volym med varierande brytningsindex, t.ex. en partikel, bubbla, droppe eller till och med en densitetsfluktuation. Denna effekt modellerades först framgångsrikt av Lord Rayleigh, som gett den sitt namn. För att Rayleighs modell ska kunna tillämpas måste sfären ha en mycket mindre diameter än våglängden (λ) för den spridda vågen; vanligtvis anses den övre gränsen vara ungefär 1/10 av våglängden. I denna storleksordning är den exakta formen på spridningscentret vanligtvis inte särskilt betydelsefull och kan ofta behandlas som en sfär med motsvarande volym. Den inneboende spridning som strålning genomgår när den passerar genom en ren gas beror på mikroskopiska densitetsfluktuationer när gasmolekylerna rör sig, vilka normalt är tillräckligt små i skala för att Rayleighs modell ska kunna tillämpas. Denna spridningsmekanism är den främsta orsaken till den blå färgen på jordens himmel på en klar dag, eftersom de kortare blå våglängderna av solljus som passerar ovanför oss sprids kraftigare än de längre röda våglängderna enligt Rayleighs berömda 1/λ4-relation. Tillsammans med absorption är sådan spridning en viktig orsak till atmosfärens dämpning av strålning. Graden av spridning varierar som en funktion av förhållandet mellan partikeldiametern och strålningens våglängd, tillsammans med många andra faktorer som polarisering, vinkel och koherens.
För större diametrar löstes problemet med elektromagnetisk spridning av sfärer först av Gustav Mie, och spridning av sfärer som är större än Rayleigh-området brukar därför kallas Mie-spridning. I Mie-regimen blir formen på spridningscentret mycket mer betydelsefull och teorin gäller endast väl för sfärer och, med viss modifiering, för sfäroider och ellipsoider. Det finns slutna formlösningar för spridning av vissa andra enkla former, men ingen allmän sluten formlösning är känd för godtyckliga former.
Både Mie- och Rayleighspridning anses vara elastiska spridningsprocesser, där ljusets energi (och därmed våglängd och frekvens) inte förändras väsentligt. Elektromagnetisk strålning som sprids av rörliga spridningscentra genomgår dock en dopplerförskjutning, som kan detekteras och användas för att mäta hastigheten hos spridningscentret/erna i form av tekniker som lidar och radar. Denna förskjutning innebär en liten förändring av energin.
Vid värden på förhållandet mellan partikeldiameter och våglängd som är större än cirka 10 är den geometriska optikens lagar för det mesta tillräckliga för att beskriva ljusets växelverkan med partikeln. Mie-teorin kan fortfarande användas för dessa större sfärer, men lösningen blir ofta numeriskt svårhanterlig.
För modellering av spridning i fall där Rayleigh- och Mie-modellerna inte är tillämpliga, t.ex. större, oregelbundet formade partiklar, finns det många numeriska metoder som kan användas. De vanligaste är finita elementmetoder som löser Maxwells ekvationer för att hitta fördelningen av det spridda elektromagnetiska fältet. Det finns sofistikerade programvarupaket som gör det möjligt för användaren att ange brytningsindexet eller brytningsindexen för det spridande elementet i rummet, vilket skapar en två- eller ibland tredimensionell modell av strukturen. För relativt stora och komplexa strukturer kräver dessa modeller vanligtvis betydande körtider på en dator.
Elektrofores innebär att makromolekyler vandrar under påverkan av ett elektriskt fält. Elektroforisk ljusspridning innebär att man låter ett elektriskt fält passera genom en vätska vilket får partiklar att förflytta sig. Ju större laddning partiklarna har, desto snabbare kan de röra sig.
