Sähkömagneettinen vuorovaikutus makroskooppisella tasolla tunnetaan aiemmilta opintojaksoilta. Coulombin laki kuvaa sähkövarauksellisten hiukkasten välistä hylkimis- tai vetovoimaa. Magnetismin osalta matemaattiset mallit ovat hieman monimutkaisempia, mutta niitä voidaan tarkastella magneettikenttien avulla. Pohjimmiltaan sähköiset ja magneettiset voimat voidaan ilmaista matemaattisesti yhden sähkömagneettisen vuorovaikutuksen kautta. Tämän vuorovaikutuksen välittäjähiukkasia ovat fotonit.

Standardimalli selittää perusvuorovaikutukset välittäjähiukkasten avulla. Yleisesti vuorovaikutukset havaitaan siten, että niihin osallistuvien hiukkasten liike muuttuu. Vuorovaikutuksissa hiukkaselta toiselle siirtyy liikemäärää. Sähkömagneettisessa vuorovaikutuksessa kaksi varausta vetävät toisiaan puoleensa tai hylkivät toisiaan. Varausten välisen liikemäärän kuljettaa välittäjähiukkanen, fotoni. Varausten välistä vuorovaikutusta välittävät fotonit ovat virtuaalisia. Tämä tarkoittaa, että liikemäärää kuljettava fotoni on samalla tavalla mahdottomassa energiatilassa kuin seinän läpi tunneloituva hiukkanen. Virtuaalinen fotoni realisoituu, kun se saa luovutettua kuljettamansa liikemäärän vuorovaikutuksen toiselle osapuolelle. Sitä ei voi havaita prosessin aikana esim. kameralla. Samalla tavalla kuin tunneloitumistodennäköisyys pienenee esteen paksuuntuessa, myös kahden varauksen välinen virtuaalifotonien vaihto on sitä epätodennäköisempi, mitä kauempana ne ovat toisistaan. Isossa mittakaavassa tämä näkyy sähköopin kurssilta tuttuna Coulombin lakina, jonka mukaan hiukkasten välinen voima pienenee etäisyyden kasvaessa, ja on kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön.

Välittäjähiukkasmalli on osoittautunut erittäin onnistuneeksi. Sen avulla on voitu ennustaa oikein kaikki havaitut vuorovaikutusreaktiot mittaustarkkuudella. Riittävin matemaattisin työkaluin välittäjähiukkasmallista saadaan johdettua aiemmin tunnetut makroskooppisia tilanteita kuvaavat lait, kuten Coulombin laki.

Hiukkastasolla mahdollisia sähkömagneettisen vuorovaikutuksen reaktioita on vain kolme.

• Jokin sähkövarauksellinen hiukkanen emittoi tai absorboi fotonin, ja hiukkasen liikemäärä ja liike-energia pienenevät tai kasvavat fotonin liikemäärän ja liike-energian verran. Tähän kuuluvat opintojaksoilla esitetyt ilmiöt, kuten valosähköilmiö, Comptonin sironta tai atomin virittyminen ja viritystilan purkautuminen.
• Hiukkanen ja sen antihiukkanen kohtaavat ja annihiloituvat, eli muuttuvat energiaksi. Energia vapautuu fotoneina.
• Fotoni muodostaa hiukkasen ja sen antihiukkasen. Fotonin energian tulee olla riittävän iso voidakseen muodostaa hiukkasten massat Einsteinin massa-energia-vastaavuuden [[$E=mc^2$]] perusteella. Tämä nk. parinmuodostus on käänteinen annihilaatiolle.

Parinmuodostus tapahtuu usein annihilaation seurauksena. Sopivassa koordinaatistossa annihiloituvien hiukkasten kokonaisliikemäärä on nolla, mutta syntyvän yksittäisen fotonin liikemäärä ei voi sitä olla. Annihilaatiossa täytyy siis syntyä aina vähintään kaksi fotonia, jotta liikemäärä säilyisi. Kvanttimekaniikan periaatteiden mukaisesti klassisesti mahdoton tilanne voi kuitenkin syntyä väliaikaisesti. Annihilaatiossa voi syntyä yksittäinen virtuaalinen fotoni, jos se muuttuu nopeasti parinmuodostuksen kautta uudeksi hiukkas-antihiukkaspariksi, tyypillisesti annihiloitunutta hiukkasta kevyemmäksi.