Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι μια κβαντική διεργασία κατά την οποία απελευθερώνονται ηλεκτρόνια από μια επιφάνεια μετάλλου όταν προσπίπτει σε αυτή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία συχνότητας τέτοιας ώστε τα  ελεύθερα ηλεκτρόνια να κατορθώσουν να υπερπηδήσουν το φράγμα δυναμικής ενέργειας που δημιουργούν τα περιβάλλοντα θετικά ιόντα με ελκτικές προς τα μέσα δυνάμεις.

  Τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να παραχθεί ηλεκτρικό ρεύμα. Εφαρμογές του φωτοηλεκτρικού φαινομένου απαντώνται στα φωτοκύτταρα ή φωτοστοιχεία, τα φωτοβολταϊκά στοιχεία κλπ.

Το μέταλλο εκπέμπει ηλεκτρόνιο μόνο όταν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία έχει συχνότητα μεγαλύτερη ή ίση από μια ορισμένη τιμή. Η τιμή αυτή ονομάζεται οριακή συχνότητα ή συχνότητα κατωφλίου (σύμβολο  f₀ ).

 Σύμφωνα με την Κλασσική Φυσική τα ηλεκτρόνια θα μπορούσαν να απελευθερωθούν απορροφώντας αθροιστικά την ενέργεια της ακτινοβολίας που προσπίπτει σε αυτά. Δηλαδή, ανεξάρτητα από τη συχνότητα, αν δεχθούν αρκετή ποσότητα ακτινοβολίας . Αντιθέτως το μέταλλο εκπέμπει ηλεκτρόνιο μόνο όταν η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία έχει συχνότητα μεγαλύτερη ή ίση από τη συχνότητας κατωφλίου f₀.

Λόγω του τρόπου απελευθέρωσης που υποδεικνύει η Κλασσική Φυσική, η απελευθέρωση των ηλεκτρονίων θα απαιτούσε τον φωτισμό του μετάλλου για κάποιο χρονικό διάστημα. Αντιθέτως, αυτή συμβαίνει σχεδόν ακαριαία.

Φωτοηλεκτρική εξίσωση Einstein:

Αν θεωρήσουμε ότι ένα ηλεκτρόνιο μετά την απορρόφηση ενός φωτονίου αποσπάται από την επιφάνεια του μετάλλου της καθόδου, τότε εφαρμόζοντας την ΑΔΕ  η μέγιστη κινητική ενέργεια Κ_max που εξέρχεται το ηλεκτρόνιο από το μέταλλο είναι:

Κ_max =h·f – φ  αν f>fo .

Το έργο εξαγωγής φ (εξαρτάται μόνο από το υλικό του μετάλλου) είναι το ελάχιστο ποσό ενέργειας που χρειάζονται τα  ελεύθερα ηλεκτρόνια  του μετάλλου για να κατορθώσουν να υπερπηδήσουν το φράγμα δυναμικής ενέργειας που τα συγκρατεί και να εξέλθουν από την επιφάνεια του μετάλλου.