Der Grundzustand des elektromagnetischen Feldes heißt "Vakuum". Aber das Vakuum ist nicht leer! In Zuständen des elektrischen Feldes mit keinem Photon (Photonenzahl N = 0) ist der Erwartungswert (Mittelwert) <E> der elektrischen Feldstärke stets 0. Doch sind mit diesem Mittelwert Schwankungen des elektrischen Feldes verbunden, so dass z.B. der Erwartungswert </E/²> =/= 0.

Vakuumfluktuationen haben eine Reihe von nachweisbaren Effekten:

a) Sie sind für spontane Emission von Photonen bei angeregten Zuständen von Atomen verantwortlich.

b) Sie sorgen dafür, dass sich zwei gegenüberstehende Metallplatten gegenseitig anziehen (Casimir-Effekt; Casimir 1948). Das zwischen den Metallplatten eingeschlossene "Vakuum" kann Energie verlieren, indem es die beiden Platten einander annähert.

c) Sie sind die Ursache für Van-der-Waals-Kräfte in Molekülen und zwischen Resonator-Wänden (s.o.).

d) Es gibt bestimmte, sehr kleine Verschiebungen von Energieniveaus in Atomen gegenüber mit einem einfacheren Modell gerechneten Werten, die so genannte Lamb-Shift. Sie lässt sich qualitativ auf Vakuumfluktuationen zurückführen. Zusammen mit verwandten Erscheinungen, wie der "Vakuumpolarisation", können sie die Lamb-Shift quantitativ mit sehr hoher Präzision erklären. Ein Modell für die Vakuumpolarisation besagt, dass ein Photon kurzzeitig ("virtuell") ein Elektron-Positron-Paar erzeugen kann, das sofort wieder vernichtet wird unter Erzeugung eines Photons. Auch hier fluktuiert also das elektromagnetische Feld durch die Photonenzahl.