En 1900 Max Planck logra justificar matemáticamente los datos experimentales de la radiación del cuerpo negro llevando a cabo una modificación de los cálculos clásicos al considerar que "la materia absorbe o emite energía de modo discontinuo, en forma de pequeños paquetes o cuantos de energía" E = h f

Einstein asumió que la energía de la luz no estaba distribuida uniformemente en todo el frente de onda en expansión (como suponía la teoría clásica).

En el modelo que propone Einstein, la energía luminosa en un haz de frecuencia viene en paquetes, cada uno con una energía E = hf, donde h tiene un valor de 6,626·10^-34 J · s. La cantidad de energía radiante de cada paquete se llama cuanto de luz o fotón.

La explicación cuantitativa que Einstein propuso muestra que la energía de un fotón absorbido es igual a la energía necesaria para liberar un electrón mas la energía cinética del electrón emitido.

Durante el siglo XIX (el primero data de 1853) se habían observado los espectros de absorción y emisión de diversas sustancias. Estos consisten en una serie de líneas que corresponden a unas frecuencias determinadas para las cuales la radiación electromagnética es absorbida o emitida. Este conjunto de frecuencias es característico de cada sustancia. Es como un código de barras que permite identificar la presencia de una sustancia tanto en un material en el laboratorio como en una estrella lejana. Dichos espectros fueron asociados a la estructura atómica. Puesto que los distintos elementos se diferencian en última instancia en los átomos que los componen, los espectros deben ser característicos de dichos átomos y por tanto emitidos por éstos.