La luce trasporta energia: è questo che determina la sua azione sui sensori e anche sull'occhio, se si tratta di luce visibile. 

La radiazione luminosa è caratterizzata da due serie di grandezze:

le grandezze energetiche (definite in relazione all'energia trasportata)

le corrispondenti grandezze fotometriche (definite in relazione alla sua azione sull'occhio o sul sensore)

L'energia emessa dalla sorgente e trasportata dalla radiazione per unità di tempo è detta potenza o anche flusso energetico o flusso raggiante ed è misurata in Watt

Il flusso raggiante valutato in relazione alla sua capacità di stimolare la sensazione di brillanza è detto flusso luminoso ed è misurata in lumen

Uguali quantità di flusso di energia raggiante di diverse lunghezze d'onda non danno sensazioni visive di uguale brillanza: l'efficienza luminosa varia quindi in funzione della lunghezza d'onda .

Si dice efficienza luminosa (K) di un campione di radiazione luminosa il rapporto tra il flusso luminoso (F) ed il flusso raggiante (P):

K = F / P

L'efficienza luminosa dipende dalla lunghezza d'onda: K=K(l ).

Sono stati condotti accurati esperimenti su molti osservatori per determinare l'efficienza luminosa del flusso raggiante nel provocare la sensazione di luminosità nell'occhio umano.

I risultati sono rappresentati nella figura.Sono stati condotti accurati esperimenti su molti osservatori per determinare l'efficienza luminosa del flusso raggiante nel provocare la sensazione di luminosità nell'occhio umano.

I risultati sono rappresentati nella figura.

La grandezza rappresentata in ordinata sulla scala a destra è l'efficienza luminosa; sulla scala a sinistra è rappresentata la grandezza normalizzata (luminosità relativa o fattore di visibilità relativa)

 
Se dS è molto piccola il flusso luminoso dF del fascio è proporzionale all'angolo solido sotteso dal cono: il rapporto I = dF/dW è chiamato intensità luminosa della fonte O nella direzione OA. La sua unità di misura è chiamata candela (cd).

1 candela è definita come il flusso luminoso di 1 lumen emesso da una sorgente uniforme entro un angolo solido di 1 steradiante

L'intensità energetica è data dal quoziente: I^* = dP/dW

 
Il rapporto tra il flusso che riceve l'elemento di superficie e la sua area: E = dF/dS è chiamato illuminamento (o illuminazione). La sua unità di misura è chiamata lux (lx).

1 lux è definito come il flusso di 1 lumen uniformemente distribuito su 1 m².

La corrispondente grandezza energetica è l'illuminamento energetico E* = dP/dS

 
Esiste una relazione tra intensità luminosa e illuminamento: per la sorgente puntiforme rappresentata nella figura della pagina precedente, posto AO=x, si ha:

E = I cosq / x²

Dimostrazione:

La superficie dS è inclinata rispetto alla direzione di propagazione della radiazione, la normale N forma un angolo q con la direzione della radiazione e quindi: dW = dS cosq / x².

I = dF/dW dF = I dW dW = dS cosq / x²              dF=I dS cosq / x²

E = dF/dS dF=E dS

Uguagliando il secondo membro delle due espressioni in grassetto esemplificando per dS si ottiene la relazione cercata.

 
NB: va ulteriormente sottolineato che l'energia trasportata dalla radiazione non è direttamente connessa all'illuminamento: 

• una lampada abbronzante, che emette prevalentemente nell'utravioletto e quindi fuori dal campo visibile, emette pochissimi Lux, ma può trasportare, in relazione alla sua intensità quantità ingenti di energia.
• La stessa cosa si può dire di una sorgente che emette radiazione con lunghezze d'onda nel campo dell'infrarosso.