På 1900-tallet kom to store nye fundamentale teorier, relativitetsteorien og kvantemekanikken og begge disse fikk konsekvenser for elektromagnetismen. Det var en uoverensstemmelse mellom Maxwells likninger og Newtons lover som inspirerte Albert Einstein til å formulere spesiell relativitetsteori. Den mikroskopiske teorien for elektromagnetisme er kvanteelektrodynamikk (QED). Først kom en kvantemekanisk beskrivelse av elektroner av Paul Dirac rundt 1930. Den fulle teorien ble utviklet av Richard Feynman, Freeman Dyson, Julian Schwinger, og Sin-Itiro Tomonaga i 1940-årene.