azı atomdan elektronu serbest bırakır ve geri kalanlar serbest parçacık olarak elektronun kinetik enerjisine aktarılır.

Fotoelektrik etki teorisi, aydınlatılmış bir metal yüzeyinden elektron salınımının deneysel gözlemlerini açıklamalıdır. Verilen bir metal için, hiçbir fotoelektronun salınmadığı gelen ışımanın belli bir minimum frekansı vardır. Bu frekans "eşik frekansı" olarak adlandırılır. Gelen hüzmenin frekansını arttırmak, gelen foton sayısını sabit tutmak (aynı zamanda bu orantılı olarak enerji artışıdır); salınan fotoelektronların maksimum kinetik enerjisini arttırır. Böylece duran voltaj artar. Elektron sayısı da değişir, her protonun yayılan bir elektronun sonucu olduğu olasılığı foton enerjisinin bir fonksiyonudur. Eğer verilen bir frekansın gelen ışımasının şiddeti arttırılırsa, her fotoelektronun kinetik enerjisinde hiçbir etki görülmez. Eşik frekasın yukarısında, yayılan fotoelektronun maksimum kinetik enerjisi gelen ışığın frekansına bağlıdır, ancak şiddet çok yüksek olmadığı sürece gelen ışığın şiddetinden bağımsızdır. Verilen bir metal ve gelen ışımanın frekansı için, fotoelektronların salınma oranı direkt olarak gelen ışığın şiddetiyle doğru orantılıdır. Gelen ışık hüzmesinin şiddetindeki artma (frekans sabit tutularak) duran voltaj aynı kalmasına rağmen, fotoelektrik akımın büyüklüğünü arttırır. Gelen ışıma ve fotoelektron yayılması arasında geçen süre çok küçüktür, 10 saniyeden küçüktür. Eğer gelen ışık doğrusal olarak kutuplaşıyorsa, yayılan elektronların dağılım yönü gelen ışığın kutuplaştığı yönünde pik yapar.

Salınan elektronun maksimum kinetik enerjisi  aşağıdaki gibi verilir:

Akım ve uygulanan voltaj arasındaki ilişki fotoelektrik etkinin doğasını gösterir. Tartışmak için, bir ışık kaynağı P plakasını aydınlatır ve diğer plaka elektrodu Q koparılan elektronları toplar. P ve Q arasındaki potansiyeli değiştirebiliriz ve iki plaka arasında harici devredeki akım debisini ölçebiliriz. İş fonksiyonu ve kesilme frekansı Eğer gelen ışımanın frekansı ve şiddeti sabit tutulursa, tüm yayılmış fotoelektronlar toplanana kadar fotoelektrik akımı yavaş yavaş toplayıcı elektrodun pozitif potansiyelinde artmaya başlar. Fotoelektrik akımı bir doygunluğa ulaşır ve pozitif potansiyeldeki herhangi bir yükseliş için daha fazla artamaz. Doygunluk akımı ışık şiddetinin artmasıyla birlikte artar. Hatta çarpışmalar yüksek enerjili fotonlarla olduğunda elektron ışımasının yüksek olasılığından dolayı doygunluk akımı yine artacaktır. Eğer biz plaka P’ye göre Q plakasına negatif bir potansiyel uygularsak ve yavaş yavaş arttırırsak, fotoelektrik akımı azalır, belli bir negatif potansiyelde de sıfır olur. Fotoelektrik akımın toplayıcıda sıfır olmaya başladığı negatif potansiyel "durdurma potansiyeli" ya da "kesilme potansiyeli" olarak adlandırılır. i. Gelen ışımanın verilen bir frekansı için, durdurma potansiyeli şiddetten bağımsızdır. ii. Gelen ışımanın verilen bir frekansı için, durdurma potansiyeli yayılan foto elektronların maksimum kinetik enerjisiyle  belirlenir. Eğer "q" elektrondaki yük ve  durdurma potansiyeli ise, elektron durdurma potansiyeli tarafından yapılan iş , bu yüzden şu an sahip oluruz

X-ray sisteminde, kristal maddedeki fotoelektrik etki genellikle üç adıma ayrışır: 1.     İç fotoelektrik etki (aşağıda fotodiodu görebilirsiniz). Sol arka delik, maddeden elektron ayrılmadığında görülen Auger etkisine neden olur. Moleküler katı fononlar bu adımda uyarılır ve son elektron enerjisinde çizgiler halinde görünür olabilirler. Iç fotoelektrik etki kutuplaşmaya izin verir. Atomlar için geçiş kuralları, sıkı-bağ modeli ile kristale dönüşür. Çapraz olması gereken plazma salınımlarındaki geomertiyle aynıdır.

Bir yüzey kesin bir eşik frekansını (tipik olarak alkali metaller için görünür ışık, diğer metaller için ultraviyole yakını ve ametaller için en uç ultraviyole) aşan elektromanyetik ışımaya maruz bırakıldığında, ışıma emilir ve elektronlar yayılır. Işık ve özellikle ultraviyole ışığı, katot ışıkları ile aynı doğaya sahip ışınların üretimiyle negatif elektriklenmiş kütleleri boşaltır. Belli durumlarda, direkt olarak gazları iyonlaştırır. Bu olayların ilki Hertz ve Hallwachs tarafından 1887 yılında keşfedildi. İkincisi ise 1900 yılında Philipp Lenard tarafından duyuruldu. Bu etkileri üreten ultraviyole bir ark lambasından, yanan magnezyumdan, çinko ve kadmiyum kutupları arasında endüksiyon bobinlerinin kıvılcımıyla ya da ultra viyole ışınlarınca zengin ışıklardan elde edilebilir. Güneş ışığı ultraviyole ışınlar açısından zengin değildir, atmosfer tarafından emilirler ve ark ışıkları gibi çok büyük bir etki yaratmazlar. Metallerin yanındaki birçok madde ultraviyole ışığı hareketi ile negatif elektriği boşaltır: bu maddelerin listelerini G. C. Schmidt ve O. Knoblauch tarafından yazılan makalelerden bulabilirsiniz.

1839 yılında, Alexandre Edmond Becquerel elektrolit hücrelerde ışığın etkisini araştırırken fotovoltaik etkiyi keşfetti. Fotoelektrik etkiyle aynı olmamasına rağmen fotovoltaikler üzerine çalışması maddenin deneysel olarak ışık ve elektronik özellikleri arasındaki güçlü ilişkiyi göstermiştir. 1873 yılında, Willoughby Smith Selenyum’daki fotoiletkenliği keşfetti, denizaltı telegrafları çalışmasında metallerin yüksek direnç özelliklerini test etmiştir. Heidelberg’de öğrenci olan Johann Elster (1854–1920) ve Hans Geitel (1855–1923) ışığın şiddetini ölçmek için kullanılan ilk pratik fotoelektrik hücrelerini geliştirdiler. Elster ve Geitel elektriklendirilmiş kütlelerdeki ışık tarafından üretilen etkileri keşfettiler. 1887 yılında, Heinrich Hertz fotoelektrik etkiyi, elektromanyetik dalgaların üretimi ve alımını gözlemledi. Aynı zamanda bu gözlemler Annalen der Physik ‘de de yayımlandı. Alıcı kıvılcım aralığıyla bir bobin içeriyordu, kıvılcım elektromanyetik dalgaların belirlenmesinde görüldü. Kıvılcımı daha iyi görmek için karanlık bir kutuya aparatlar yerleştirdi. Fakat, kutuda maksimum kıvılcım boyunun düştüğünü gördü. Elektronların karşı aralığa atlaması için elektromanyetik dalgalar ve ultraviyole ışınları arasına cam bir panel yerleştirdi. Panel yerinden kaldırıldığında kıvılcım boyu arttı. Cam paneli kuarz ile değiştirdiğinde, kuarz UV ışımasını emmediği için kıvılcım boyu düştü. Hertz aylarını bu araştırmaya harcadı ve gözlemlediği sonuçları raporladı. Daha sonra bu etkiyle ilgili araştırmalarına devam etmedi. 1887 yılında Hertz tarafında keşfedilen kıvılcım geçişini kolaylaştıran kıvılcım aralığında ultraviyole ışınlarına rastlanılması Hallwachs, Hoor, Righi ve Stoletow ışığın ve özellikle ultraviyole ışınlarının yüklenmiş kütleler üzerindeki etki araştırmalarını hızlandırdı. Yeni temizlenmiş çinko yüzeylerindeki araştırmalar onaylanmıştır. Ultraviyole ışık yüzeye düştüğünde eğer negatif elektrikle yüklüyse küçük bile olsa bu yükünü kaybeder. Eğer yüzey başlangıçta yüksüzse ışığa maruz bırakıldığında pozitif olur. Pozitif elektriklendirme yüzeye karşı güçlü bir havalı atomizer tarafından arttırılabilir, metal çevrelendiğinde negatif elektriklendirme gaza geçer. Eğer çinko yüzey pozitif olarak elektriklendirilirse, ışığa maruz kaldığında yük kaynı olmaz: bu sonuç sorgulanmıştır, ama bu olayın Elster ve Geitel tarafından dikkatli bir incelemesi bu şartlar altında gözlenen kaybı göstermiştir. Bu durum pozitif yük tarafından uyarılmış komşu iletkenlerdeki negatif elektriklendirilmiş çinko yüzeyden yansıyan ışık tarafından boşaltılmasından kaynaklanır. Elektrik alanı etkisindeki negatif elektrik pozitif elektriklendirilmiş yüzeye doğru hareket eder. Hertz etkisi göz önüne alındığında, ilk araştırmacılar fotoelektrik yorgunluk olayının muhteşem karmaşasını göstermiştir – bu durum metalik yüzeylerde gözlenen ilerici küçülme etkisidir. Önemli araştırmacı Wilhelm Hallwachs’a göre, bu olayda ozon önemli bir rol oynamaktadır. Fakat diğer elemanlar oksidasyon, nem oranı, yüzeyin parlak olması gibi elemanlardır. Vacumda metal yorulmasının olup olmamasından emin olunmadığı bir zamandır. 1888 Şubat ayından 1891 yılına kadarki periyotta, ayrıntılı bir fotoetki analizi Aleksandr Stoletov tarafından sonuçlarıyla birlikte 6 ay içinde yayınlanmıştır, dört tanesi "Comptes Rendus"‘da, bir özeti "Physikalische Revue"’da (Rusça’dan "tercüme edilmiştir") ve son çalışması da "Journal de Physique" ‘da. Ilk önce, Stoletov’un keşfettiği yeni bir deneysel kurulum fotoelektrik etkinin nicelik analizinin daha uygun olduğuydu. Bu kurulumu kullanan Stoletov ışık şiddeti ve uyarılmış foto elektrik akımı arasındaki direk oranı buldu (fotoetkinin ilk kanunu ya da Stoletov’un kanunu). Diğer bulgularından biri de gaz basıncında elektrik foto akımının şiddetine bağlı olan ölçümlerdi, maksimum fotoakımına bağlı bir optimum gaz basıncının P varlığını bulmuştur; bu özellik Güneş’e ait hücrelerin oluşumunda kullanılmıştır. 1899’da J.J.Thomson Crookes tüplerindeki ultraviyole ışınlarını araştırdı. Thomson katot ışınlarında bulunan parçacıklar ve fırlatılan parçacıkların aynı olduğunu göstermiştir, daha sonra bu elektronlara “corpuscles” adı verilir. Bu araştırmalarda, Thomson vakum tüpe metal bir plaka yerleştirdi ve yüksek frekanslı ışımaya maruz bırakıldı. Salınımlı elektromanyetik alanların, belli bir genliğe ulaştıktan sonra atom alanlarında rezonans ürettiklerine neden oldukları düşünülüyordu. Böylece fırlatılan atomaltı “corpuscle”ler ve keşfedilmesi gereken akımlar ortaya çıkıyordu. Bu akım miktarı şiddet ve ışımanın rengiyle değişmekteydi. Büyük ışıma şiddeti veya frekans daha fazla akım üretiyordu.

Ultraviyole ışığıyla iyonlaşan gazların keşfi 1900 yılında Philipp Lenard tarafından yapılmıştır. Etki havanın yedi santimetre ötesinde üretildi ve çok büyük pozitif ile çok küçük negatif iyonlar oluştu, olayı J. J. Thomson’un yaptığı gibi bir katı veya gaz içindeki sıvı parçacıkları üzerindeki Hertz etkisi olarak yorumlamak doğaldır. 1902 yılında, Lenard ışığın frekansı ile tek tek yayılan elektron enerjisinin arttığını gözlemlemiştir. Bu durum elektron enerjisinin ışıma şiddetiyle doğrusal olduğunu öne süren Maxwell’in ışık d