XIX wiek mały|Schemat doświadczenia Younga z początku XIX wieku, dowodzącego falowej natury światła mały|Szkic aparatury do doświadczenia Fizeau z 1851 roku mały|Interferometr Michelsona użyty w doświadczeniu Michelsona-Morleya z 1887 roku. Zakwestionowało ono ówczesne teorie eteru światłonośnego, prowadząc do ich rewizji przez Lorentza i do sformułowania szczególnej teorii względności w XX wieku.
To stulecie było dla optyki przełomowe, ponieważ obalono wtedy korpuskularną teorię światła i wskrzeszono model falowy – dzięki dokładnym badaniom interferencji i dyfrakcji, nie tylko na szczelinach i otworach, ale też przeszkodach; przykładowo przewidziano istnienie plamki Poissona i zaobserwowano ją. Odkryto także polaryzację, dowodząc, że fale światła są poprzeczne. Spekulowano przez to, że hipotetyczny eter światłonośny jest ciałem stałym.
Michael Faraday odkrył pierwsze zjawisko magnetooptyczne, zwane zjawiskiem Faradaya. Następnie James Clerk Maxwell po przewidzeniu fal elektromagnetycznych poprawnie przypuścił, że światło jest jedną z nich. Odkryto także zjawiska Kerra – dwójłomność wymuszoną polem elektromagnetycznym.