Для виявлення та кількісної оцінки електромагнітного поля використовують його взаємодію з частинками речовини, що мають електричні заряди. З метою полегшення аналізу електромагнітного поля дві його сторони, дві форми його існування — електричне та магнітне поля — розглядають окремо. Особливістю магнітної складової поля є те, що вона взаємодіє тільки з зарядами, які переміщуються відносно поля. На нерухомі електричні заряди магнітне поле не діє. Електрична складова електромагнітного поля взаємодіє як з нерухомими, так і з тими зарядами, що переміщуються відносно поля.

Зупинимося спочатку на величинах, що характеризують електричне поле. Розглянемо, наприклад, електричне поле, джерелом якого є заряди, розташовані нерухомо відносно спостерігача (рис. 1.1). Помістимо в електричне поле пробний позитивний точковий заряд $q_{\text{пр}}$. Під точковим тут розуміють заряд, що займає об’єм, у межах якого досліджуване поле практично однакове. На пробний заряд, поміщений в електричне поле, діє сила $\mathbf{F}$. Як показує досвід, сила $\mathbf{F}$, що діє на пробний заряд, прямо пропорційна величині пробного заряду. За допомогою сили $\mathbf{F}$ оцінюють величину і напрямок електричної складової електромагнітного поля. Відношення сили $\mathbf{F}$, що діє в електричному полі на пробний позитивний заряд, до величини цього заряду називається напруженістю електричного поля:

$$\mathbf{E} = \frac{\mathbf{F}}{q_{\text{пр}}} \tag{1.1}$$

Якщо пробний заряд одиничний, то напруженість електричного поля, очевидно, збігається з силою $\mathbf{F}$. $\mathbf{E}$ так само, як і сила $\mathbf{F}$, — векторна величина. Напруженість електричного поля в системі одиниць СІ вимірюється у вольтах на метр (В/м).

У випадку, коли електричне поле створене точковим зарядом $q$ (рис. 1.2), напруженість поля у вільному просторі визначається за формулою, що безпосередньо випливає з експериментального закону Кулона:

$$\mathbf{E} = \frac{q}{4 \pi \varepsilon_0 r^2} \mathbf{r}_0 \tag{1.2}$$

Тут під точковим зарядом розуміється заряд, лінійні розміри якого дуже малі порівняно з відстанню $r$ до точки, в якій визначається поле. У формулі (1.2) $\mathbf{r}_0$ — одиничний вектор, тобто вектор з модулем 1. Вектор $\mathbf{r}_0$ за напрямком збігається з $r$, тобто спрямований від точкового заряду $q$ до тієї точки, в якій визначається поле (точка $M$ на рис. 1.2).

$\varepsilon_0$ — діелектрична проникність вільного простору. В системі СІ $\varepsilon_0 = 8,85 \cdot 10^{-12}$ Ф/м.

Перейдемо тепер до величин, що визначають магнітне поле. Як джерело магнітного поля візьмемо, наприклад, прямолінійний провідник зі струмом $i$ (рис. 1.3). Магнітне поле найпростіше виявити, використовуючи його взаємодію з тілами, що мають власний магнітний момент. З такими тілами магнітне поле взаємодіє незалежно від стану їхнього руху. Досвід показує, що сила, яка діє на полюс пробного магніту в будь-якій точці поля прямолінійного провідника зі струмом, спрямована по дотичній до кола, центр якого лежить на осі провідника. Магнітне поле характеризують вектором напруженості $\mathbf{H}$, напрямок якого у вільному просторі збігається з напрямком сили, що діє на північний полюс пробного магніту.

Кількісно величину напруженості магнітного поля зручно пов’язати з пробним електричним зарядом. Досвід показує, що на електричний точечний заряд $q_{\text{пр}}$, який рухається в магнітному полі, діє магнітна сила $\mathbf{F}_{\text{м}}$ (рис. 1.4), що визначається формулою Лоренца:

$$\mathbf{F}{\text{м}} = q{\text{пр}} \mu [\mathbf{v} \mathbf{H}] \tag{1.3}$$ Тут $[\mathbf{v} \mathbf{H}]$ — векторний добуток вектора швидкості руху заряду $\mathbf{v}$ та напруженості магнітного поля $\mathbf{H}$. $\mu$ — магнітна проникність середовища. У вільному просторі $\mu_0 = 4\pi \cdot 10^{-7}$ Г/м. Напруженість магнітного поля в СІ вимірюється в амперах на метр (А/м).

Напрямок векторного добутку зручно визначати за правилом буравчика: якщо обертати рукоятку буравчика від першого множника до другого, то переміщення буравчика покаже напрямок результату (рис. 1.5). Вектор $\mathbf{F}_{\text{м}}$ завжди перпендикулярний до обох множників. Добуток $\mu \mathbf{H}$ називають вектором магнітної індукції: $\mathbf{B} = \mu \mathbf{H}$.

Силові лінії — це умовний прийом зображення поля. У дійсності жодних ліній у просторі, заповненому полем, не існує.