물질의 가장 기본적인 구조
전자는 전지의 양극(＋)을 향해 이동한다. 움직이는 전자는 자기력magnetic force(하전입자들이 운동할 때 그 운동 때문에 입자 사이에 발생하는 인력 또는 척력)에도 반응하므로 전자가 자기장magnetic field을 통과하게 되면 전자의 경로가 휜다. 이 두 가지 특징은 전자의 음전하 때문에 생기는 현상이다. 전자를 전기와 자기에 반응하게 하는 것이 바로 전자의 음전하이다.
물리학자들은 공간에 골고루 퍼져있는 어떤 양을 기술할 때 장field이란 개념을 사용한다. 19세기 후반 영국의 물리학자이며 화학자 마이클 패러데이Michael Faraday(1791~1867)는 전기장과 자기장 개념을 제시했다. 그러나 그의 개념은 수학적이 아니라 발견적 수준에 머물렀다. 또 다른 영국의 물리학자 제임스 클러크 맥스웰James Clerk Maxwell(1831~79)이 패러데이의 장이론을 이용해 고전전자기이론을 만들었다. 맥스웰은 특히 광학･색채이론･타원의 수학･열역학･토성의 고리･꿀을 이용한 위도측정실험 등으로 유명하다. 그는 고양이가 거꾸로 떨어질 때 어떻게 각운동량을 보존하면서 똑바로 땅에 떨어지는가를 연구하기도 했다. 맥스웰이 물리학에서 이룬 가장 큰 공헌은 전하와 전류의 분포로부터 전기장과 자기장의 값을 유도하는 방정식들을 만든 것이다. 그는 이 방정식들로부터 전자기파의 존재를 추론해냈다. 그가 범한 실수는 장을 물질로 생각한 것이다. 그는 장이 에테르ether(aether라고도 하며, 빛･열･전자기의 복사현상의 가상적 매체이다)의 진동에서 생겨나는 것으로 보았다. 물리학에서 빛을 전달하는 에테르로 알려진 이것은 전자기파의 전달매체로 작용한다. 에테르가 물질이란 생각은 아인슈타인에 의해 폐기되었지만 아인슈타인은 특수상대성이론의 기원을 맥스웰의 공으로 돌렸다. 맥스웰의 전자기이론은 아인슈타인에게 빛의 속도가 일정하다는 영감을 제공했다.