對於由極性分子 形成的介電質，假設施加外電場於這種介電質，則會出現取向極化 現象。 在電磁學 裏，介電質 響應外電場 的施加而電極化 的衡量，稱為電容率 。在非真空中由於介電質被電極化，在物質內部的總電場會減小。電容率關係到介電質傳輸（或容許）電場的能力。電容率衡量電場怎樣影響介電質，怎樣被介電質影響。電容率又稱為「絕對電容率」。
在國際單位制 中，電容率的測量單位是法拉 每公尺 （F/m）。真空 的電容率，稱為真空電容率 ，或「真空介電常數」，標記為ε 0 {\displaystyle \varepsilon _{0}} ε 0 {\displaystyle \varepsilon _{0}} ≈8.854187817…×10⁻¹² F/m 。
電位移D {\displaystyle \mathbf {D} }
D = def ε 0 E + P {\displaystyle \mathbf {D} \ {\stackrel {\text{def}}{=}}\ \varepsilon _{0}\mathbf {E} +\mathbf {P} } 其中，E {\displaystyle \mathbf {E} } P {\displaystyle \mathbf {P} } 電極化強度 。
對於均向性 的、線性 的、均勻介電質，電極化強度 P {\displaystyle \mathbf {P} } E {\displaystyle \mathbf {E} }
P = χ e ε 0 E {\displaystyle \mathbf {P} =\chi _{\text{e}}\varepsilon _{0}\mathbf {E} } 其中，χ e {\displaystyle \chi _{\text{e}}} 電極化率
所以，電位移與電場的關係方程式為
D = ε E {\displaystyle \mathbf {D} =\varepsilon \mathbf {E} } 其中，ε {\displaystyle \varepsilon }
假若，介電質是異向性 的，則電容率是一個二階張量 ，可用矩陣來表示。
一般而言，電容率不是常數 ，可以隨著在介電質內的位置而改變，隨著電場的頻率 、溼度 、溫度 或其它參數而改變。對於一個非線性介電質，電容率有可能會隨著電場強度而改變。當電容率是頻率 的函數時，它的數值有可能是實數，也有可能是複數 。
真空電容率ε 0 {\displaystyle \varepsilon _{0}} D 0 {\displaystyle D_{0}} E 0 {\displaystyle E_{0}} 真空 裏的比值，其值的定義式如下：
ε 0 = def 1 c 2 μ 0 = 1 35950207149.4727056 π {\displaystyle \varepsilon _{0}\ {\stackrel {\text{def}}{=}}\ {\frac {1}{{c}^{2}\mu _{0}}}={\frac {1}{35950207149.4727056\pi }}} F /m ≈ 8.854187817... × 10 − 12 {\displaystyle \approx 8.854187817...\times 10^{-12}} F /m 其中，c {\displaystyle c} 光波 在真空中的光速 [ 1] μ 0 {\displaystyle \mu _{0}} 真空磁導率 。其中，真空磁導率的定義值為μ 0 = 4 π × 10 − 7 {\displaystyle \mu _{0}=4\pi \times 10^{-7}} T ·m /A 。
在國際單位制 裡，常數c {\displaystyle c} μ 0 {\displaystyle \mu _{0}} NIST （页面存档备份 ，存于互联网档案馆 ））。所以，關於公尺或安培 這些物理量單位的數值設定，不能採用定義方式，而必須設計精密的實驗來測量計算求得。由於π {\displaystyle \pi } 無理數 ，ε 0 {\displaystyle \varepsilon _{0}}
真空電容率ε 0 {\displaystyle \varepsilon _{0}} 庫侖定律 ，是庫侖常數 k = 1 4 π ε 0 {\displaystyle k={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}} k {\displaystyle k}
對於線性介質，電容率與真空電容率的比率，稱為相對電容率 ε r {\displaystyle \varepsilon _{\text{r}}}
ε r = ε ε 0 {\displaystyle \varepsilon _{\text{r}}={\frac {\varepsilon }{\varepsilon _{0}}}} 請注意，這公式只有在靜止的、零頻率的狀況才成立。
對於各向異性 材料，相對電容率是個張量 ；對於各向同性 材料，相對電容率是個標量 。
對於常見的案例，均向性介質，D {\displaystyle \mathbf {D} } E {\displaystyle \mathbf {E} } ε {\displaystyle \varepsilon } 雙折射 的二階張量 。介質的電容率和磁導率 μ {\displaystyle \mu } 電磁波 通過介質時的相速度 v p {\displaystyle v_{\text{p}}}
ε μ = 1 v p 2 {\displaystyle \varepsilon \mu ={\frac {1}{v_{\text{p}}^{2}}}} 對於線性介電質，電極化強度 P {\displaystyle \mathbf {P} } E {\displaystyle \mathbf {E} }
P = χ e ε 0 E {\displaystyle \mathbf {P} =\chi _{\text{e}}\varepsilon _{0}\mathbf {E} } 將這方程式代入電位移的定義式，可以得到電位移與電場的關係式：
D = ( 1 + χ e ) ε 0 E {\displaystyle \mathbf {D} =(1+\chi _{\text{e}})\varepsilon _{0}\mathbf {E} } 所以，電容率與電極化率的關係式為
ε = ( 1 + χ e ) ε 0 {\displaystyle \varepsilon =(1+\chi _{\text{e}})\varepsilon _{0}} 涵蓋寬廣頻域的介電質的電容率頻譜。ε ′ {\displaystyle \varepsilon '} ε ″ {\displaystyle \varepsilon ''} [ 2] 一般物質對於含時外電場的響應，跟真空的響應大不相同。一般物質的響應，通常跟外電場的頻率有關。這屬性反映出一個事實，那就是，由於物質具有質量，物質的電極化響應無法瞬時的跟上外電場。響應總是必需合乎因果關係，這需求可以以相位 差來表達。因此，電容率時常以複函數來表達（複數允許同步的設定大小值和相位），而這複函數的參數為外電場頻率ω {\displaystyle \omega } ε → ε ^ ( ω ) {\displaystyle \varepsilon \rightarrow {\widehat {\varepsilon }}(\omega )}
D 0 e − i ω t = ε ^ ( ω ) E 0 e − i ω t {\displaystyle D_{0}\mathrm {e} ^{-\mathrm {i} \omega t}={\widehat {\varepsilon }}(\omega )E_{0}\mathrm {e} ^{-\mathrm {i} \omega t}} 其中，D 0 {\displaystyle D_{0}} E 0 {\displaystyle E_{0}}
請注意，時間相關性項目的正負號選擇（指數函數的指數的正負號），決定了電容率虛值部份的正負號常規。在這裏採用的正負號慣用於物理學 ；在工程學 裏，必須逆反所有虛值部份的正負號。
一個介電質對於靜電場的響應，是由電容率的低頻率極限來描述，又稱為「靜電容率」ε s {\displaystyle \varepsilon _{\text{s}}}
ε s = lim ω → 0 ε ^ ( ω ) {\displaystyle \varepsilon _{\text{s}}=\lim _{\omega \rightarrow 0}{\widehat {\varepsilon }}(\omega )} 在高頻率極限，複電容率一般標記為ε ∞ {\displaystyle \varepsilon _{\infty }} 電漿頻率 （plasma frequency 自由電子模型 來計算。對於低頻率交流電場，靜電容率是個很好的近似。隨著頻率的增高，可測量到的相位差δ {\displaystyle \delta } D {\displaystyle \mathbf {D} } E {\displaystyle \mathbf {E} } E 0 {\displaystyle E_{0}} D {\displaystyle \mathbf {D} } E {\displaystyle \mathbf {E} }
ε ^ = D 0 E 0 e i δ = | ε | e i δ {\displaystyle {\widehat {\varepsilon }}={\frac {D_{0}}{E_{0}}}\mathrm {e} ^{\mathrm {i} \delta }=|\varepsilon |\mathrm {e} ^{\mathrm {i} \delta }} 由於介質對於交流電場的響應特徵是複電容率，為了更詳細的分析其物理性質，很自然地，必須分離其實數和虛值部份，通常寫為：
ε ^ ( ω ) = ε ′ ( ω ) − i ε ″ ( ω ) = D 0 E 0 ( cos δ − i sin δ ) {\displaystyle {\widehat {\varepsilon }}(\omega )=\varepsilon '(\omega )-\mathrm {i} \varepsilon ''(\omega )={\frac {D_{0}}{E_{0}}}\left(\cos \delta -\mathrm {i} \sin \delta \right)} 其中，虛值部份ε ″ {\displaystyle \varepsilon ''} ε ′ {\displaystyle \varepsilon '}
由於複電容率是一個發生於多重頻率的色散 現象的疊加 ，其描述必須能夠兼顧到這些色散現象。因此，複電容率通常會是一個相當複雜的、參數為頻率的函數，稱為「介電函數」。電容率ε ^ {\displaystyle {\widehat {\varepsilon }}} 極點 必須匹配虛值部份為正值的頻率，因此滿足克拉莫-克若尼關係式 。但是，在一般作業的狹窄頻率值域內，電容率可以近似為跟頻率無關，或者以適當的模型函數為近似。
依據電容率和電導率 σ {\displaystyle \sigma } 導體 、介電質、其它一般介質。高損耗物質會抑制電磁波的傳播。通常，這些物質的σ ω ε ≫ 1 {\displaystyle {\frac {\sigma }{\omega \varepsilon }}\gg 1} σ ω ε ≪ 1 {\displaystyle {\frac {\sigma }{\omega \varepsilon }}\ll 1} 位移電流 存在。這種物質儲存和歸還電能的性質就好像理想電容器 一樣。
對於高損耗介質案例，當傳導 電流 不能被忽略時，總電流密度J tot {\displaystyle J_{\text{tot}}}
J tot = J c + J d = σ E − i ω ε E = − i ω ε ^ E {\displaystyle J_{\text{tot}}=J_{\text{c}}+J_{\text{d}}=\sigma E-\mathrm {i} \omega \varepsilon E=-\mathrm {i} \omega {\widehat {\varepsilon }}E} 其中，J c {\displaystyle J_{c}} 電流密度 ，J d {\displaystyle J_{d}} σ {\displaystyle \sigma } ε {\displaystyle \varepsilon } ε ^ {\displaystyle {\widehat {\varepsilon }}}
位移電流跟外電場E {\displaystyle E} ω {\displaystyle \omega }
採用這形式論，複電容率定義為
ε ^ = ε − i σ ω {\displaystyle {\widehat {\varepsilon }}=\varepsilon -\mathrm {i} {\frac {\sigma }{\omega }}} 通常，介電質對於電磁能量有幾種不同的吸收機制 。受到這幾種吸收機制的影響，隨著頻率的改變，電容率函數的樣子也會有所改變(例:壓電材料)。
弛豫 （relaxation 黏滞性 ，偶極子無法跟上頻率較高的電場，電場能量就會被吸收，由而導致能量耗散。偶極子的這種弛豫機制稱為介電質弛豫 （dielectric relaxation 德拜弛豫 （Debye relaxation 共振 效應是由原子、離子、電子等等的旋轉或振動產生的。在它們特徵吸收頻率的附近，可以觀察到這些程序。上述兩種效應時常會合併起來，使得電容器產生非線性效應。例如，當一個充電很久的電容器被短暫地放電時，它無法完全放電的效應稱為「介電質吸收」。一個理想電容器，經過放電後，電壓 應該是0伏特 。但是，實際的電容器會餘留一些電壓，稱為「殘餘電壓」。有些介電質，像各種不同的聚合物薄膜 ，殘餘電壓小於原本電壓的1~2%。但是，電解電容器 （electrolytic capacitor 超高電容器 （supercapacitor
在量子力學 裏，電容率可以用發生於原子層次和分子層次的量子 作用來解釋。
在較低頻率區域，極性介電質的分子會被外電場電極化 ，因而誘發出周期性轉動。例如，在微波 頻率區域，微波場促使物質內的水分子做週期性轉動。水分子與周邊分子的相互碰撞產生了熱能，使得含水分物質的溫度增高。這就是為什麼微波爐 可以很有效率地將含有水分的物質加熱。水的電容率的虛值部分（吸收指數）有兩個最大值，一個位於微波頻率區域，另一個位於遠紫外線 （UV）頻率區域。這兩個共振頻率都高於微波爐的操作頻率。
在中間頻率區域，高過促使轉動的頻率區域，又遠低於能夠直接影響電子運動的頻率區域，能量是以共振的分子振動形式被吸收。對於水介質，這是吸收指數開始顯著地下降的區域。吸收指數的最低值是在藍光頻率區域（可見光 譜段）。這就是為什麼日光不會傷害像眼睛一類的含水生物組織[ 3]
在高頻率區域（像遠紫外線頻率或更高頻率），分子無法弛豫。這時，能量完全地被原子吸收，因而激發電子，使電子躍遷至更高能級，甚至游離 出原子。擁有這頻率的電磁波會導致游離輻射 。
雖然，從開始到最後，對於物質的介電行為，做一個完全的計算機模擬，是一個可行之計。但是，這方法還沒有得到廣泛的使用。替代地，科學家接受現象模型為一個足以勝任的方法，可以用來捕捉實驗行為。德拜弛豫 和德拜–勞侖茲模型 （Lorentz model
物質的電容率可以用幾種靜電 測量方法來得到。使用各種各樣的介電質光譜學 （ 英语 ： Dielectric spectroscopy ） dielectric spectroscopy 頻率 值域內，任何頻率的複電容率都可以正確地評估出來。這頻率值域覆蓋接近21個數量級 的大小值，從10−6 到1015 赫茲 [ 4] [ 5] 低溫恒溫器 （cryostat
橢圓偏振技術 可以用在紅外線 頻段和可見光 頻段。
也有一些方法用于介电常数的测量。介电常数在微波 的范围可以由共振 方法测量[ 6]
^ 國際標準組織NIST BIPM ISO 31 c 0 {\displaystyle c_{0}} c {\displaystyle c} NISTSpecial Publication 330 , Appendix 2, p. 45 （页面存档备份 ，存于互联网档案馆 ） ^ Agilent Basics of Measuring the Dielectric Prop[erties of Materials (PDF) . Agilent Technologies Inc. （原始内容 (PDF) 存档于2013-09-26）. ^ Braun, Charles L.; Smirnov, Sergei N.,Why is water blue? , Journal of Chemical Education, 1993,70 (8): 612 [2009-05-14 ] , （原始内容 存档于2012-04-03） ^ Linfeng Chen, V. V. Varadan, C. K. Ong, Chye Poh Neo. Microwave theory and techniques for materials characterization.Microwave electronics . Wiley. 2004: 37 [2009-05-14 ] .ISBN 0470844922存档 于2014-01-01）. ^ Mailadil T. Sebastian.Dielectric Materials for Wireless Communication . Elsevier. 2008: 19 [2009-05-14 ] .ISBN 0080453309存档 于2014-01-01）. ^ Costa, Filippo; et al. Waveguide dielectric permittivity measurement technique based on resonant FSS filters. IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2011,21 (5): 273––275.doi:10.1109/LMWC.2011.2122303 
