物理光學，或稱波動光學，建立在惠金斯原理之上，可以建立復波前通過光學系統的模型。這一技術能夠利用計算機數值仿真模擬或計算繞射、干涉、散射、偏振特性、像差等各種複雜光學現象。物理光學名稱中的物理表示它比幾何光學更接近物理原理，但仍然只是物理理論的近似而已。由於仍然有所近似，因此物理光學不能像電磁波理論模型那樣能夠全面描述光傳播。對於大多數實際問題來說，完整電磁波理論模型計算量太大，在現在的一般計算機硬體條件下並不十分實用，但小尺度的問題可以使用完整波動模型進行計算。近代光學包括了二十世紀開始研究的光學科學及光學工程。光學科學部份一般會和光的電磁特性或是量子特性有關，不過也包括其他領域。量子光學是近代光學的主要子領域之一，處理光的量子力學特性。量子光學不只是理論而已，像雷射等現代光學設備其中的原理都是以量子光學為基礎。像光電倍增管或電子倍增管等光偵測器可以對單一光子反應。像感光耦合元件等電子式的圖像傳感器，也會因為個別光子的統計特性而出現散粒雜訊。若沒有量子力學，也就無法理解發光二極體及太陽能電池的原理。量子光學常和量子電子學重疊。特別領域的光學研究也包括光和特定材料之間的關係，其他的研究包括電磁波的現象，以及光學渦旋、非成像光學、非線性光學、統計光學、光度學及輻射度量學等。此外，電腦工程師對積體光學、機器視覺及光學計算等有興趣，這些可能是下一代電腦中的重要組件。現在，光學中純物理的部份會稱為光物理學，和光學中應用科學或工程的部份分開，後者則稱為光電工程。光電工程的主要領域包括有照明工程、光子學及光電工程等，實務應用光學透鏡設計、光學構件的製作和檢測及影像處理等。其中部份領域有些重疊，而各概念的差異在不同的地區或是不同的產業也會略有不同。因為雷射技術的進展，在數十年前就開始了一個非線性光學的專業研究社群。
雷射等現代光學設備其中的原理都是以哪種光學為基礎?