โฟโตอิเล็กตรอนเป็นอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากสารเนื่องจากผลกระทบของแสง โฟโตอิเล็กตริกเอฟเฟกต์เกิดขึ้นเมื่อวัสดุที่เป็นโลหะในธรรมชาติดูดซับการแผ่รังสีของแสงมากพอจึงทำให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอนออกจากพื้นผิว การค้นพบเอฟเฟกต์แสงไฟฟ้าเกิดขึ้นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2430 โดยเฮ็นริชเฮิร์ตซ์นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันและต่อมาได้รับการตั้งชื่อว่าเอฟเฟ็กต์เฮิรตซ์ นักวิจัยหลายคนใช้เวลาในการกำหนดคุณสมบัติของมันในช่วงหลายปีที่ผ่านมาและในปี 1905 Albert Einstein ตีพิมพ์ผลการวิจัยพบว่ามันเกิดจากปริมาณแสงที่รู้จักกันในชื่อโฟตอน คำอธิบายที่ชัดเจนและสง่างามของ Einstein เกี่ยวกับวิธีการสร้างโฟโตอิเล็กตรอนทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2464
เพื่อให้โฟโตอิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมาจากพื้นผิวความยาวคลื่นของแสงจะต้องมีค่าต่ำพอเช่นแสงสีแดง การปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนยังเป็นคุณสมบัติสำคัญที่ใช้ในการอธิบายหลักการกลศาสตร์ควอนตัม กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับควอนตั้มหรือโฟตอนเดียวของพลังงานที่ถูกดูดซับโดยวัสดุแข็งถ้าพลังงานของโฟตอนมากกว่าพลังงานของแถบเวเลนซ์ระดับบนหรืออิเล็กตรอนเปลือกนอกสุดของวัสดุ
Photoelectron spectroscopy เป็นกระบวนการที่พลังงานจลน์ของโฟตอนที่ถูกปล่อยออกมาจากพื้นผิวถูกวิเคราะห์เพื่อศึกษาพื้นที่ผิวของวัสดุตัวอย่าง มีการใช้กระบวนการพื้นฐานสองประเภท X-ray spectroscopy ศึกษาระดับแกนกลางของวัสดุโดยใช้ช่วงพลังงานโฟตอนของ 200 ถึง 2,000 อิเล็กตรอนโวลต์และสเปกโทรสโกปีอัลตราไวโอเลตโฟโตอิเล็กตรอนใช้ระดับพลังงานของโฟตอนระหว่าง 10 ถึง 45 อิเล็กตรอนโวลต์สำหรับการศึกษาเปลือกอิเล็กตรอนหรือวาเลนซ์ ในปี 2011 อุปกรณ์ซิงโครตรอนล่าสุดซึ่งเป็นแม่เหล็กไซโคลตรอนที่เร่งอนุภาคให้การศึกษาช่วงพลังงานระหว่าง 5 ถึง 5,000 อิเล็กตรอนโวลต์เพื่อไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์แยกวิจัยอีกต่อไป อย่างไรก็ตามเครื่องจักรเหล่านี้มีราคาแพงและซับซ้อนดังนั้นจึงไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายในสนาม
ตั้งแต่ปี 2011 อุปกรณ์โฟโตอิเล็กโตรมิเตอร์ของโฟโตอิเล็กตรอนได้รับการพัฒนาด้วยเครื่องตรวจจับอิเล็กตรอนที่สามารถทำงานในที่โล่งและที่ความดันบรรยากาศซึ่งเป็นสิ่งใหม่สำหรับสนาม มีความสามารถในการวัดความหนาของฟิล์มบางลงไปถึงระดับที่ดีเช่นเดียวกับ 20 นาโนเมตรหรือ 20 พันล้านส่วนของหนึ่งเมตร เครื่องจักรเป็นรุ่นเดสก์ท็อปที่ใช้แหล่งกำเนิดแสงอัลตราไวโอเลตและสามารถทำงานได้ในช่วง 3.4 ถึง 6.2 โวลต์อิเล็กตรอน พวกเขาใช้ในการวิเคราะห์ทั้งโลหะและเซมิคอนดักเตอร์เช่นซิลิกอน
