有許多方法可以檢測單個光子。傳統的光電倍增管利用光電效應:當壹個光子到達金屬板激發電子時，形成的光電流會被放大引起雪崩放電。電荷耦合器件(CCD)在半導體中使用類似的效應，入射光子激發微型電容器上的電子，以便可以檢測到它們。其他探測器，如蓋革計數器，利用光子可以電離氣體分子的特性，從而在導體中形成可檢測的電流。
普朗克的能量公式E = hν常用於工程和化學中計算存在光子吸收時的能量變化和能級躍遷時發射光的頻率。比如在熒光燈的發射光譜設計中，不同能級的電子會與氣體分子發生碰撞，直到合適的能級才能激發熒光。
在某些情況下，單個光子不能激發壹個能級躍遷，但需要同時激發兩個光子。這提供了更高分辨率的顯微技術，因為樣品只會在兩種不同顏色的光照射的高度重疊部分吸收能量，而這部分的體積比單壹光照射的體積小得多並引起激發。這種技術被應用到雙光子激發顯微鏡中。此外，弱光照射的應用可以減少光對樣品的影響。
有時候兩個系統的能級躍遷會發生耦合，即壹個系統吸收光子，而另壹個系統從其中“竊取”這個能量，釋放出不同頻率的光子。這是熒光* * *振動能量轉移的基礎，用來測量分子間距。
量子光學是物理光學相對於波動光學的另壹個分支。光子可能是超高速量子計算機的基本運算元素，這方面的重點研究對象是量子糾纏態。非線性光學是目前光學的另壹個活躍領域，其研究課題包括非線性散射效應、四波混頻、雙光子吸收、自相位調制、光學參量振蕩等。然而，在所有這些主題中並不要求假設光子的存在，並且在建模過程中通常將原子視為非線性振蕩器。非線性效應中的自發參量下轉換通常用於產生單光子態。最後，光子在光通信的某些方面是壹個關鍵因素，特別是在量子密碼中。