Bir fotoelektron, fotoelektrik etki nedeniyle bir maddeden yayılan bir elektrondur. Fotoelektrik etki, doğada genellikle metalik olan bir malzeme yeterli ışık radyasyonunu emdiğinde, bu durum elektronların yüzeyinden salınımına neden olduğunda meydana gelir. Fotoelektrik etkisinin keşfi ilk olarak 1887'de Alman fizikçi Heinrich Hertz tarafından yapıldı ve ardından Hertz etkisi olarak adlandırıldı. Birçok araştırmacı yıllar içinde özelliklerini tanımlamak için zaman harcadı ve 1905'te Albert Einstein, foton olarak bilinen ışığın miktarı nedeniyle ortaya çıktığını tespit etti. Einstein'ın fotoelektronların nasıl üretildiğine dair net ve zarif açıklaması 1921'de Nobel Fizik Ödülü'nü kazanmasına neden oldu.
Fotoelektronların bir yüzeyden yayılması için, ışık dalga boyunun kırmızı ışığınki gibi yeterince düşük bir değere sahip olması gerekir. Fotoelektron emisyonu ayrıca kuantum mekaniği prensiplerinin tanımlanmasında kullanılan önemli bir özelliktir. İşlem, fotonun enerjisi üst değerlik bandının enerjisinden veya malzemenin en dış elektron kabuğundan daha büyükse, katı bir madde tarafından emilen bir kanta veya tek bir foton içerir.
Fotoelektron spektroskopisi, bir yüzeyden yayılan fotonların kinetik enerjisinin bir numune malzemenin yüzey bölgesini incelemek için analiz edildiği bir işlemdir. Sürecin iki temel türü kullanılmıştır. X-ışını spektroskopisi, 200 ila 2.000 elektron voltluk foton enerji aralıklarını kullanan bir malzemenin çekirdek seviyelerini incelemektedir ve ultraviyole fotoelektron spektroskopisi, malzemenin dış elektronunu veya değerlik kabuklarını incelemek için 10 ila 45 elektron voltluk foton enerji seviyelerini kullanmaktadır. 2011 itibariyle, elektrostatik olarak parçacıkları hızlandıran manyetik bir siklotron olan en yeni synchrotron ekipmanı, enerjinin incelenmesine olanak tanıyarak 5 ila 5.000 elektron volt arasında değişmektedir, böylece ayrı araştırma ekipmanı artık gerekli değildir. Bu makineler pahalıdır ve karmaşıktır, bu nedenle sahada yaygın olarak kullanılmazlar.
2011 yılı itibariyle açık havada ve sahada yeni olan atmosferik basınçta çalışabilen bir elektron detektörü ile fotoelektron spektrometresi cihazı geliştirilmiştir. İnce filmlerin kalınlığını 20 nanometre veya 20 metrenin milyarda biri kadar seviyelere kadar ölçebilir. Makineler ultraviyole ışık kaynağı kullanan ve 3.4 ila 6.2 elektron volt aralığında çalışabilen masaüstü modellerdir. Metalleri ve silikon gibi yarı iletkenleri analiz etmek için kullanılırlar.
