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光学以太：在十九世纪，随着人们对自然规律认知的加深，以太进一步与科学结合，用来解释自然现象，其中以太在光学和电磁学的应用尤为突出。
对于光到底是一种波还是一种粒子的问题自古便有争议。上文提到，笛卡尔、胡克以及惠更斯等人认为光是一种波，而牛顿则是光的粒子说的坚定支持者。双方进行了多次争论。随着牛顿学术权威性的确立，第一次波粒之争以粒子学派胜出结束，以太学说也由此沉寂了近百年。
时间来到十九世纪。在十九世纪初期，英国人托马斯·杨通过光的双缝实验，发现了光的干涉现象。托马斯·杨用光波的干涉解释了牛顿环，并在实验的启示下于1817年提出光波为横波的新观点（当时对弹性体中的横波还没有进行过研究），解决了波动说长期不能解释光的偏振现象的困难。托马斯·杨提出他的波动性光学原理：稀疏的和有弹性的发光以太充满整个宇宙；光是以光滑波的形式在以太中行进的连续的振动过程；不同颜色的感觉取决于传递给视网膜的以太振动的频率；一切物体都吸引以太，因此在物体之中及其附近，以太密度大，而以太的弹性则保持不变。
法国人菲涅耳成功地做了光的衍射实验，建立了以作图法形式的衍射理论，解释了光的直线传播现象，提供了相互垂直的偏振光不相干涉的证明，这也证实了光是一种横波。菲涅耳圆满地解释了光的反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象，形成完善的光的波动说理论。托马斯·杨的双缝实验、菲涅耳的泊松亮斑和傅科关于对空气和水中光速的精确测量为光的波动说提供了强有力的证据，第二次波粒之战，波派完胜，波动说终于确立了它在经典物理学中的地位，作为光波载体的以太成了物理学研究的对象，以太理论在十九世纪重回它的主流地位。
问题并不就此完结。光波当时被理解为是一种机械波，而且按杨和菲涅耳的发现，它是一种横波。弹性横波只能在固体中传播。因此，以太应当是一种弹性固体。既然如此，物体（例如行星）怎么能够自由地通过以太而不受到什么阻力呢？早年牛顿通过比较声速和真空光速，依胡克的公式计算得到，只有当以太的弹性很大（比如比空气弹性大一百万倍）而密度很小（比如比空气密度小一百万倍），以太对于天体运动的阻力才是微不足道的。物理学家为设想出具有这种性质的以太绞尽脑汁，建立了各种各样的以太机械模型。英国的斯托克斯（1819—1903）提出，以太像沥青和果子冻之类的弹性流体物质，对于光波这样非常快速的振动，它具有足够的弹性，对于像行星那样慢速的行进，它具有充分的流动性，易于变形。为了克服弹性介质中应有纵波与横波相伴的困难，马克可拉在1839年提议说，以太是由一种能够抵抗扭转应力但不能抵抗纵向应力的以太单元组成的新型弹性物质，并由此解释了许多光学现象。马克可拉以太论方程组与后来的麦克斯韦方程组形式相似，他的理论获得了广泛的发展。为了解释各种光学现象，各种以太理论引入了大量的附加假设和边界条件。单纯地从机械运动的观点理解以太，总是难于自圆其说的。
电磁以太：法拉第在1838年提出，当绝缘物质放在电场中时，其中的电荷将发生位移。W·汤姆孙也曾把电场比作以太的位移。[7] 法拉第引入力线来描述磁作用和电作用，他认为力线是确实的存在，空间是被力线所充满着的，而光和热可能就是力线的横振动。1851年法拉第明确指出，如果接受光以太的存在，那么以太就可能是力线的荷载物。
擅长数学的麦克斯韦继承了法拉第的思想，决心为这些观念提供适当的数学方法基础。他提出位移电流假设，进一步得出一组微分方程即麦克斯韦方程组描述电磁场的普遍规律。“场”这个概念来源于法拉弟。按麦氏方程组，场论是一种近距作用理论。物体之间的电磁相互作用是在空间由一点到距离无限小的一点逐点传播的。麦克斯韦认为，在空间存在着电磁现象借以产生、处于运动之中的以太物质。场的各种实在的属性被赋予以太。场只不过是运动以太的激发态。他设想了一种机械模型，即以太绕力线旋转形成一个个涡元，在涡元之间有带电粒子，当粒子偏离平衡位置时，粒子和涡元之间产生相互作用，由此来说明电磁运动的规律。由麦氏方程组可以预言，电磁场的扰动以波的形式传播，其速度等于光速。因此他断言：“光就是产生电磁现象的媒质（以太）中的横振动。”光的电磁学说成功地解释了光波的性质，这样便实现了光和电的统一，光以太和电磁以太的统一。
麦克斯韦在世时，他的理论并未得到承认和重视，甚至被人当作奇谈怪论。许多卓有威望的科学家对它采取观望态度。麦克斯韦中年丧妻，心情烦恼，生活清苦，终年仅四十九岁。德国的赫兹于1888年通过实验证实了电磁波的存在，证实了电磁波与光波的同一性。赫兹实验的公布轰动了整个科学界，法拉第——麦克斯韦电磁理论取得了决定性的胜利。今天我们只满足于把赫兹实验看作麦克斯韦理论的证明，当时的学术界却把它看作是以太确实存在的证据。这个推理其实与我们今天由云雾室的径迹推断某种新粒子存在也没有多大差异。总之，对十九世纪末的物理学家来说，以太已经是一种实在，它的存在是确实无疑的。