Dans le cas des ondes électromagnétiques, elle décrit l'orientation des oscillations du champ électrique de ces ondes dans l'espace. Lorsque E oscille aléatoirement dans toutes les directions (cas de la lumière naturelle), il n'y a pas de polarisation. Il existe plusieurs types de polarisation :

• Polarisation linéaire. - Dans ce type de polarisation, le champ électrique oscille strictement dans une seule direction fixe perpendiculaire à la direction de propagation. Par exemple, si une onde lumineuse est polarisée horizontalement, cela signifie que le champ électrique oscille uniquement dans un plan horizontal.  Pour une onde se propageant selon l'axe z et une polariastion selon l'axe x , on aura : E (z,t) = E0.cos(kz- ωt).u, où t est le temps, E0 l'amplitude maximale de l'onde; ω la pulsation de l'onde, et u le vecteur unitaire selon l'axe x. Ce type de polarisation peut être obtenu en passant une onde lumineuse non polarisée à travers un filtre polarisant, qui permet de bloquer toutes les composantes de vibration hors de la direction désirée.

• Polarisation circulaire. - Dans ce cas, le champ électrique trace  un cercle lors de son oscillation, en tournant soit dans le sens horaire, soit dans le sens antihoraire. On considère ici deux composantes du champs Ex et Ey, d'amplitude égale qui oscillent avec un déphasage ɸ = ±π/2, l'extrémité de E décrit un cercle : E (z,t) = E0.cos(kz- ωt).u + E0.sin(kz- ωt).v (avec v, vecteur unitaire sur l'axe y). Rotation horaire pour un déphasage de +Ï€/2, et rotation anti-horaire pour un déphasage de -Ï€/2. La polarisation circulaire est utilisée dans des applications avancées, telles que la communication optique ou la spectroscopie, car elle permet de transmettre des informations supplémentaires sur la phase de l'onde.

• Polarisation elliptique. - Cette forme de polarisation est une généralisation de la polarisation circulaire et linéaire. Elle se produit lorsque les amplitudes des oscillations dans deux directions perpendiculaires ne sont pas égales, ou lorsque la phase entre ces deux composantes diffère. On aura ici : E (z,t) = Ex0.cos(kz- ωt).u + Ey0.sin(kz- ωt +  ɸ).v. La trajectoire tracée par le champ électrique ressemble alors à une ellipse. Si  ɸ = 0 ou Pi, on retrouve l'équation de la polarisation linéaire. Si  ɸ = -Ï€/2 et Ex0 = Ey0, on retrouve le cas de la polarisation circulaire. 

En optique, la polarisation joue un rôle central dans divers phénomènes tels que la diffraction, la réfraction, et la réflexion. Par exemple, lorsqu'une onde lumineuse traverse une interface entre deux milieux, sa polarisation peut changer en fonction de l'angle d'incidence et de la nature des matériaux. Ce phénomène est connu sous le nom de réflexion de Brewster, où une partie de la lumière incidente est complètement polarisée parallèlement au plan de réflexion.

La réflexion de Brewster est un phénomène optique où, lorsqu'une onde lumineuse traverse une interface entre deux milieux optiques différents (comme l'eau et l'air), elle peut être partiellement réfléchie et partiellement transmise. Brewster a découvert qu'il existe un angle d'incidence particulier, appelé angle de Brewster, dépendant des indices de réfraction des deux matériaux, au-delà duquel la composante de lumière non polarisée se polarise complètement en une direction perpendiculaire au plan d'incidence. Pour mieux comprendre cela, il faut se rappeler que lorsque la lumière traverse une surface, elle peut être réfléchie ou transmise. La lumière réfléchie peut être partiellement polarisée, mais à un certain angle précis (l'angle de Brewster, donc), la composante de lumière parrallèle au plan d'incidence disparaît complètement. La réflexion de Brewster permet de maximiser la polarisation linéaire de la lumière réfléchie dans une direction spécifique, ce qui est utile pour diverses applications pratiques comme la réduction des reflets sur les lunettes ou les caméras.

La polarisation des ondes peut également être modifiée par des interactions avec des particules ou des objets dans son environnement. Par exemple, lorsqu'une onde lumineuse passe à travers une matière, elle peut subir une modification de sa polarisation en raison de la rotation ou de la diffusion de ses oscillations. Cette propriété est utilisée dans des techniques de spectroscopie pour analyser les propriétés moléculaires de substances complexes.