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As unidades em e ex são relativas ao tamanho da fonte. ex é a altura do "x" minúsculo, e em é simplesmente o "tamanho da fonte" (o nome da unidade vem historicamente de 'a largura do "M" maiúsculo', mas essa definição não é usada no CSS).

Exemplo de ex

Dessa forma, se você possui um elemento que precisa ser proporcional a um corpo de texto (digamos, uma caixa com texto dentro, de modo que o texto nunca saia da caixa quando a fonte aumenta ou sobre espaço quando a fonte diminui) então o em - ou mais raramente o ex - é indicado.

Já o % é proporcional às dimensões do elemento pai, de modo que se o que você quer é por exemplo que um elemento ocupe 80% do espaço disponível, e outro os 20% restantes, essa unidade é indicada. Há ainda as unidades vw, vh, vmin e vmax que são proporcionais à tela inteira (independentemente da hierarquia de elementos), e que também podem ser usadas para especificar o tamanho da fonte (não se pode definir o font-size em %).

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