在1660年代，胡克（Robert Hooke）发表了他的光波动理论。惠更斯在1678年得出了他自己的波动学说，并在1690年发表在他的《光的专著》（ Treatise on light）里。他认为光线在一个名为发光以太（Luminiferous ether）的介质中以波的形式四射，并且由于波并不受重力影响，他假设光会在进入高密度介质时减速。光的波理论预言了1800年托马斯杨发现的干涉现象以及光的偏振性。杨用衍射实验展现了光的波动性特征，还提出颜色是由光波波长不同所致，用眼睛的三色受体解释了色觉原理。

欧拉也是波动学说的支持者之一，他在《光和色彩的新理论》（Nova theoria lucis et colorum）中阐述了他的这一观点，他认为波理论更容易解释衍射现象。

之后，菲涅耳也独立完成了他的波动理论的建立，并于1817年上递给法国科学院。泊松完善了菲涅尔的数学证明，给了牛顿粒子学说致命一击。在1821年，菲涅尔使用数学方法使光的偏振在波动理论上得到了唯一解释。

但波动理论的弱点在于，波，类似于声波，传播需要介质。虽然曾有过发光以太的假想，但这也因为19世纪迈克耳孙－莫雷实验陷入了强烈的质疑。

牛顿推测光速在高密度下变小，惠更斯和其他人觉得正相反。但当时并没有准确测量光速的条件，直到1850年，莱昂·傅科（Léon Foucault）的实验得到了和波动理论同样的结果。而正是在这一刻，经典粒子理论才真正被抛弃。