L'ottica è una parte della fisica che si occupa di descrivere i fenomeni di emissione, propagazione e assorbimento della luce. Storicamente, i problemi studiati per primi sono quelli relativi alla propagazione. Per questo studio è spesso sufficiente un modello geometrico, in cui la luce è rappresentata da raggi che esprimono le direzioni secondo cui la luce si propaga. Di fatto l'ottica geometrica permette di schematizzare la riflessione e la rifrazione, di render conto del funzionamento degli strumenti e di effettuare la progettazione di sistemi ottici vari. Restano tuttavia intere classi di fenomeni che non trovano spiegazione nel modello dei raggi: interferenza, diffrazione, polarizzazione della luce ecc.

Nel caso dell'interferenza, per esempio, si deve spiegare perché, sovrapponendo due fasci di luce, in certe condizioni non si ha la somma delle intensità dei singoli fasci (come ci si aspetterebbe con il modello dei raggi) ma qualcosa di diverso, in più o in meno rispetto alla somma, e persino la cancellazione totale di un fascio da parte dell'altro (luce + luce = buio, secondo un noto aforisma).

Questi e altri fenomeni vengono spiegati ricorrendo a un modello fisico (e non puramente geometrico) della luce: le onde. Nel caso dell'interferenza, per esempio, la condizione di buio si può ottenere sovrapponendo due onde di ugual frequenza e ampiezza ma in opposizione di fase. Analogamente si rende conto dei fenomeni di diffrazione e polarizzazione.

Per ottica fisica generalmente s'intende appunto la descrizione della luce e dei suoi fenomeni in termini di onde. Un elemento tipico di questa descrizione è la lunghezza d'onda, assimilabile alla distanza tra due creste consecutive di un sistema di fronti d'onda. Altri elementi sono l'ampiezza dell'onda, legata alla potenza trasportata, e la frequenza, legata quest'ultima alla lunghezza d'onda e alla velocità della luce. I raggi dell'ottica geometrica corrispondono alle direzioni normali ai fronti d'onda; l'ottica geometrica risulta un'approssimazione dell'ottica fisica per lunghezze d'onda tendenti a zero.

Le onde in questione sono di tipo elettromagnetico. Più precisamente, la luce visibile costituisce una piccola porzione dello spettro elettromagnetico che comprende raggi X, microonde, onde radio ecc.

Mentre vi sono problemi che si possono trattare studiando una sola componente del campo elettromagnetico (approssimazione scalare), o anche solo in termini di raggi e di ottica geometrica, per altri problemi è necessario tener conto dell'intera natura vettoriale del campo elettromagnetico. Un tipico esempio è quello dei lettori CD, in cui si ha un fascetto laser focalizzato sulle microincisioni del dischetto: il problema ottico è tutt'altro che banale, e mette in gioco tutti gli aspetti fondamentali dell'ottica fisica.

Come si può capire, l'ottica fisica ha un ruolo di primaria importanza nella trattazione dei fenomeni di propagazione in generale. Se anche lo studio e la progettazione di sistemi ottici si possono spesso effettuare in prima approssimazione in termini di ottica geometrica, quando si tratta di approfondire la conoscenza intima dei fenomeni e dei comportamenti della luce è indispensabile ricorrere all'ottica fisica, sia che si tratti di problemi di natura applicativa o tecnologica, sia di pura investigazione scientifica.