A látható fény az elektromágneses spektrum vékony szelete, melynek a látható fényen kívül igen sokféle formája létezik: pl. rádióhullámok, hő-, ultraibolya, röntgen-, γ-sugárzás (1.függelék). Mindezek az energiák alapvetően hasonlítanak egymásra és tulajdonságaik leírhatók a hullámelmélettel.
Az elmélet szerint az elektromágneses energia szinuszhullám formájában, harmonikusan terjed a fény sebességével (c). Két szomszédos hullám csúcsa közötti távolságot hullámhossznak (λ), az időegység alatt egy rögzített ponton áthaladó csúcsok számát frekvenciának (ν) nevezzük (1.2. ábra).
A következő elemi fizikai összefüggés teljesül a hullámokra:
Miután a c konstans (3x108 m/s, vákuumban), a hullámhossz és a frekvencia fordítottan arányosak, így bármelyikkel egyértelműen leírhatjuk a hullámzást. A távérzékelésben az elektromágneses hullámokat leggyakrabban a hullámhosszukkal jellemezzük. A hullámhossz mérésére általánosan használt mértékegység a mikrométer (1 µm= 1x10-6 m).
Bár különböző néven ismerjük az elektromágneses spektrum tartományait (pl. ultraibolya vagy mikrohullám), nincs egyértelmű választóvonal az egyes tartományok között. A spektrumon belüli sugárzástípusok elkülönítése úgy finomodott, ahogy a szenzorok érzékenysége növekedett. Az elektromágneses spektrumnak a távérzékelésben használatos tartomány határait az egyszerűség kedvéért a 10-es alapú hatványok egész kitevőihez köthetjük (1.3. ábra). A látható fény tartománya kicsiny, de az emberi látás szempontjából a spektrum legfontosabb része, így határai külön is említést érdemelnek. Az emberi szem érzékenysége mindössze a 0,4–0,7 µm közötti sávra terjed ki. Ezen belül a kék szín 0,4–0,5 µm, a zöld 0,5–0,6 µm, a vörös 0,6–0,7 µm hullámhosszú. Az ultraibolya sugárzás a spektrum látható részének kék-ibolya színű végéhez kapcsolódik. A látható fény vörös végéhez kapcsolódó infravörös tartomány három különböző kategóriára bontható: közeli-infravörös (near-infrared) 0,7 µm-től 1,3 µm-ig, a közepes-infravörös (mid-infrared) 1,3–3 µm és a hőtartományú-infravörös (thermal-infrared) 3 µm-től. A spektrum sokkal hosszabb hullámhosszú (1 mm–1 m) tartománya az ún. mikrohullámú sugárzás tartománya.
A legáltalánosabb érzékelő rendszerek a látható fény egy vagy több sávjával, infravörös sávokkal vagy mikrohullámokkal dolgoznak. A távérzékelés szempontjából nagyon fontos, hogy az infravörös tartományon belül csak a hőtartományú-infravörös sáv alkalmas a hőmennyiség direkt érzékelésére a másik két sáv, a közeli- és a közepes-infravörös sáv nem.
Bár a hullámelmélet alkalmas a hullámok tulajdonságainak leírására, az elektromágneses energia anyagtermészete miatt egyéb ismeretekre is szükség van, s így válik világossá az elektromágneses energia és az anyagok közötti kölcsönhatás. A részecskeelmélet rávilágít arra, hogy az elektromágneses sugárzás hordozója az a diszkrét egység, amit fotonnak vagy kvantumnak nevezünk.
Egy kvantum energiája a következőképpen adható meg:
ahol
Q = egy kvantum energiája, Joule (J)
h = Planck-állandó, 6,626x10-34 Jsec
ν = frekvencia
Az I.1 egyenletből kifejezhetjük a frekvenciát a hullámhossz és a fénysebesség segítségével, majd behelyettesítve az I.2 egyenletbe kapjuk az alábbi egyenletet.
Ebből azt láthatjuk, hogy egy kvantum energiája fordítottan arányos a saját hullámhosszával, vagyis minél nagyobb a hullámhossz, annál kisebb az energiatartalom. Ennek a törvényszerűségnek alapvető szerepe van a távérzékelésben, hiszen a természetes eredetű hosszúhullámú sugárzás, mint pl. a földfelszín mikrohullámú kisugárzása, nehezebben érzékelhető, mint a rövidebb hullámhosszú kisugárzott, hőtartományú-infravörös sugárzás energiája. A hosszúhullámú sugárzás kis energia-tartalma azt jelenti, hogy a hosszúhullámú sugárzást mérő, érzékelő rendszereknek a földfelszín nagyobb területét kell vizsgálniuk adott időegység alatt, mert csak így juthatnak érzékelhető energiamennyiséghez a mérés során.
A távérzékelésben a Nap a legfontosabb elektromágneses sugárzásforrás, bár minden anyag az abszolút nulla fok fölötti hőmérsékleten (0 °K vagy -273 °C) folyamatosan kibocsát elektromágneses sugárzást. Ezért minden földi tárgy sugárzásforrásnak tekinthető, más erősséggel és spektrális összetétellel, mint pl. a Nap. Egy tárgy által kisugárzott energia mennyisége függ a tárgy felszínének hőmérsékletétől. Ez a tulajdonság a Stefan-Boltzmann-féle törvénnyel fejezhető ki, amely szerint:
ahol
M = a sugárzó test 1 m2-nyi felületéről, 1 s alatt kisugárzott összenergia a
teljes hullámhossz-tartományban (a test sugárzási teljesítménye, W/m2),
σ = Stefan-Boltzmann állandó, 5.6697x10-8 Wm-2°K-4,
T = a kibocsátó anyag abszolút hőmérséklete (°K).
A képlet módosítása (I.5) a spektrális összintenzitást fejezi ki az alábbiak szerint
ahol
A = a sugárzó test összfelülete (m2),
I = a spektrális összintenzitás.
Ebből az egyenletből látható, hogy a fekete test teljes kibocsátott energiája (sugárzása) az abszolút hőmérsékletének negyedik hatványával arányos, vagyis rendkívül gyorsan növekszik, ahogy a hőmérséklet emelkedik. A Stefan-Boltzmann-törvény egy olyan energiaforrásra vonatkozik, amely rendelkezik a fekete test tulajdonságaival. A fizika abszolút fekete testnek nevezi az olyan objektumot, amely a ráeső sugárzást függetlenül attól, hogy az milyen hullámhosszúságú, teljes egészében elnyeli és az elnyelt energiát teljes egészében, minden hullámhosszon ki is sugározza. A tárgyak csak megközelítik ezt az ideális állapotot.
Ahogyan a hőmérséklet meghatározza a tárgy által kibocsátott teljes energia-mennyiséget, úgy változik a kibocsátott energia spektrális eloszlása is. Az 1.4. ábra a 200–6000 °K közötti hőmérsékletű fekete testek energiaeloszlási görbéit ábrázolja.
A függőleges tengely egysége (Wm-2µm-1) 1 µm széles spektrális intervallumra fejezi ki a fekete test sugárzási energiáját. Ebből következik, hogy a görbe alatti terület egyenlő a teljes sugárzással (M) és grafikusan illusztrálja azt, amit a Stefan-Boltzmann törvény matematikailag kifejez: minél nagyobb a sugárforrás hőmérséklete annál nagyobb a kibocsátott teljes energiamennyisége. A görbesorozat azt is mutatja, hogy minél magasabb a sugárforrás hőmérséklete, annál rövidebb hullámhosszon éri el a kibocsátási csúcsot. A kibocsátási csúcs hullámhossza, vagyis ahol a fekete test sugárzási görbéje eléri a maximumát, függ a fekete test hőmérsékletétől a Wien-féle eltolódási törvény alapján:
ahol
λmax = a maximális spektrális sugárzás hullámhossza µm-ben,
T = abszolút hőmérséklet, °K
A = 2898 µm°K.
Ebből következik, hogy a maximális spektrális sugárzáshoz (emisszió-képességéhez) tartozó hullámhossz fordítottan arányos a fekete test abszolút hőmérsékletével, vagyis a sugárzás maximuma az abszolút hőmérséklet növekedésével a rövidebb hullámok felé tolódik el. Ezt a jelenséget könnyen megfigyelhetjük, ha egy fémdarabot, pl. egy vasdarabot melegítünk. Amint a tárgy fokozatosan melegszik, egyre tüzesebb lesz és a színe lassan átvált a rövidebb hullámhossznak megfelelően sötét vörössé, majd narancs, sárga színűvé és esetleg fehérré.
A Nap egy 6000 °K-os fekete testhez hasonló sugárzó forrás. Egy 3000 °K-os izzólámpának relatíve kicsiny az energiakisugárzása a kék fény tartományban és sugárzásának spektrális összetétele nem ugyanolyan, mint a Napé.
A felszín anyagainak (talaj, víz, növényzet) átlagos hőmérséklete kb. 300 °K (27 °C). A Wien-féle törvény szerint, a földfelszín a 9,7 µm-es hullámhosszon bocsátja ki a maximális spektrális energiát. Ez kapcsolatban van a földfelszíni hővel, ezért termális infravörös energiának nevezik. Ez a sugárzás nem látható fényképen, de észlelhető speciális eszközökkel, pl. radiométerrel. Összehasonlításként, a Nap sokkal nagyobb energiacsúcsa a 0,5 µm-es hullámhossz közelében jelentkezik. A szemünk és a fényképpapír érzékeny az ilyen erősségű és hullámhosszú energiára. Ezért, amikor a Nap az égbolton van, a tárgyakat a visszavert napenergia révén vagyunk képesek érzékelni. A látható fénynél hosszabb hullámú kibocsátott energia csak speciális szenzorok segítségével vizsgálható. A 3 µm-es hullámhossz az általános határvonal a visszavert és a kibocsátott infravörös sugarak között. Ez alatti hullámhosszakra a visszavert energia, e fölött a kibocsátott energia a jellemző.
Bizonyos szenzorok, pl. a radarok, saját energiaforrásukkal pásztázzák a vizsgált felszínt. Az ilyen rendszereket aktív, a természetes sugárzást érzékelő rendszereket pedig passzív rendszereknek nevezzük. A villanófényt alkalmazó kamera aktív, míg a tárgyakról visszaverődő napsugárzást rögzítő fényképezőgép passzív rendszernek minősül.