电磁定律和概率决定了光子向量。光子在电磁相互作用中产生和消耗。电磁学理论必须提供回答这个问题所必需的原理。
先从经典图像开始比较容易。当电磁波有一个确定的波矢量k时，它的电场和磁场相互垂直于波矢量。相反，电磁波中能量流动的方向垂直于电场和磁场。
我们可以推论出一个简单的例子，就是带电粒子来回振荡的例子。假设粒子位于原点附近并在z方向振荡。如果粒子在z方向振荡，那么z轴上的电场也一定在z方向上。如果它指向其他方向，就会违反旋转对称性。既然能量流的方向，必须垂直于z方向，那么z轴上就不可能有能量流。所以在振荡的方向上没有辐射。
格里菲思的图表说明了这一点。垂直于偶极矩的辐射强度最大。强度在z轴附近趋近于零，平行于偶极矩。
一般来说，麦克斯韦方程决定了辐射源周围的电场和磁场，而电场和磁场的大小和方向编码了关于电磁波流动的速率和方向的信息。
当电磁被量子化时，我们得到类似的结果。也就是说，振荡的粒子向不同的方向发射光子，但当光子数很大时，光子的分布必须看起来像经典的分布。也就是说，垂直于偶极矩发射的光子数量最多，而沿轴方向不会发射光子。每个光子都以随机的、不确定的方向传播，但很可能几乎垂直于轴。当光子被观察时，方向变得确定了。一般来说，量子电动力学理论可以用来计算光子场A的性质，包括找到任意给定波矢k和偏振御夫一的N个光子的概率，尽管这些计算很难精确。
