光子学包括光的产生、发射、传输、调变、信号处理、切换、放大及传感，光不单纯是粒子，也不只是波动，光兼具二者的特性。光子学包括从紫外线、可见光到远红外线之间所有频谱的应用。大部分的应用是在可见光及近红外线。
光子不同于电子，它属于玻色子，不带荷电，不存在电磁串扰，没有静止质量，能在自由空间传播，速度等于光速。光子比电子具有更大的信息容量和速率。作为信息载体，光比电的信息容量要高出3—4个量级（一般可见光的频率为5×1014赫，而处于微波段的电磁波频率仅为1010赫量级），光子具有极快的响应能力。电子脉冲宽度一般在纳秒量级，其传输速率限定在吉比特/秒量级；而光脉冲宽度可到皮秒、飞秒甚至阿秒的量级。所以，用光子作为信息载体，传输速率可达几个吉比特每秒，甚至几十个太比特每秒都是可能的。光子具有超强的并行性和互连能力。电子带电荷，相互之间存在库仑作用力，使得电子彼此间无法交连。而光子无电荷，具有良好的空间相容性和并行性。此外，光在时间和空间上的特性，可形成反演相位共轭波，在波前畸变校正和自适应控制等信息处理领域有独特的应用；光的干涉、衍射、偏振和双折射、光折变效应等，也产生一系列新的应用。[1]
光子学是从光学开拓出来的，在其形成过程中构成了相应的分支学科，并在科技领域产生重要应用和深远影响。光子学的分支学科大体上可以归纳如下。[1]
基础光子学
①量子光学。研究的领域有光场的量子噪声、光场与物质相互作用中的动量传递、腔量子电动力学等。如光压缩态、原子冷却与俘获研究。
②光量子信息科学。研究的领域有量子计算机、量子密码术、量子通信、量子检测、量子态的制备和操作等。
③分子光子学。包括限域腔（量子阱、量子点等）中量子电动力学效应的基础和应用研究，分子光学中的光物理过程研究，有机、无机界面输运光量子的增强效应，以及近场光学在分子光学中的应用研究等。
④超快光子学。主要包括飞秒光脉冲的产生和应用，超快光子学中的超快过程与超快技术，超快、超强激光物理等。
⑤非线性光子学。主要研究光子与物质非线性相互作用、非线性变频效应、相位匹配和谐波的产生、光折变效应、光子晶体、光子带隙光纤、激发态光学非线性研究等，它是研究和开发多种非线性光子器件的理论基础。[1]
光子器件
包括特殊处理和加工，材料元件、模块的研制，涉及光的产生、传输、探测、转换、存储和显示等，并由这些功能形成诸多相关的器件。它是光子学和光子技术相结合的具体体现。与电子器件类比，光子器件也可分为有源（如各种激光源、探测器等）和无源（如光通信中的波分复用器、光纤器件、光互连器等）器件，包括光子学在纳米技术和纳米制造中的应用。[1]