Efectul fotoelectric extern se referă la eliberarea de electroni de la suprafața unui material, de obicei metalic, atunci când este iluminat cu lumină de o anumită frecvență. Experimentele arătaseră că, dacă lumina avea o anumită frecvență minimă, numită frecvența de prag, electronii erau emiși indiferent de intensitatea luminii. De asemenea, energia cinetică a electronilor emiși era dependentă de frecvența luminii, nu de intensitatea acesteia.

Einstein a rezolvat această problemă prin ipoteza că lumina nu este doar o undă, ci și un flux de particule energetice, pe care le-a numit "cuante de lumină" sau fotoni. Fiecare foton avea o energie direct proporțională cu frecvența luminii . Conform explicației lui Einstein, atunci când un foton cu o energie suficientă (adică o frecvență mai mare decât frecvența de prag) lovește un electron din metal, îi poate transmite energia sa. Dacă energia fotonului este suficient de mare pentru a depăși lucrul funcției metalului (energia necesară pentru a elibera un electron de suprafața metalului), electronul este emis. Acest proces este instantaneu, ceea ce înseamnă că nu depinde de acumularea de energie, ci de energia fiecărui foton în parte. Aceasta era o abatere semnificativă de la teoria clasică a undelor și a reprezentat un pas major către dezvoltarea teoriei cuantice.

Einstein a sugerat că mișcarea haotică și neorganizată a particulelor vizibile sub microscop se datorează coliziunilor dintre acestea și atomii sau moleculele mult mai mici ale fluidului în care sunt suspendate. Aceasta a fost o dovadă indirectă a existenței atomilor și a moleculilor, care erau la acea vreme încă subiect de dezbatere în comunitatea științifică.

Teoria lui Einstein asupra mișcării browniene se baza pe matematica probabilităților și statisticii și a oferit ecuații ce puteau fi folosite pentru a calcula coeficientul de difuzie al particulelor, care este legat de temperatura fluidului și de dimensiunea particulelor. Lucrările sale au permis o estimare mai precisă a dimensiunii atomilor și au furnizat o cale către determinarea constantei lui Avogadro și a numărului de molecule dintr-un mol, care sunt caractere esențiale ale teoriei atomice.

Experimentele ulterioare efectuate de Jean Perrin în 1908 au confirmat teoria mișcării browniene a lui Einstein, contribuind astfel decisiv la acceptarea teoriei atomice în fizica și chimia modernă.

La bazele acestei teorii stau două postulate:

1. Principiul relativității: Fenomenele fizice se desfășoară identic în toate sistemele de referință inițiale în condiții inițiale identice.

2. Constanța vitezei luminii: Viteza luminii în vid are aceeași valoare în toate sistemele de referință inerțiale și pe toate direcțiile,adică ea nu depinde de mișcarea sursei de lumină sau a observatorului.

Consecințele acestor două postulate au fost transformătoare: intervalul de timp dintre două evenimente, respectiv simultaneitatea a două evenimente,dar și dimensiunile corpurilor au caracter relativ.

el a sugerat că masa și energia sunt două forme diferite ale aceluiași lucru, și anume că masa poate fi transformată în energie și invers. Această descoperire a avut implicații atât în teoria științifică, cât și în aplicațiile tehnologice:

-A oferit o explicație pentru producerea masivă de energie în procesele nucleare, cum ar fi fisiunea nucleară și fuziunea, adică în reacțiile care stau la baza energeticii nucleare și armelor nucleare.
-A influențat dezvoltarea fizicii particulelor, furnizând o bază pentru înțelegerea modului în care particulele pot emite și absorbi energie și pot interacționa cu alte particule.

-A contribuit la dezvoltarea teoriei relativității speciale și a relativității generale, consolidând înțelegerea legăturilor dintre spațiu, timp și materie.

Una dintre remarcile celebre ale lui Einstein referitoare la teoria generală a relativității este despre natura gravitației. El a sugerat că gravitația nu este o forță care acționează la distanță (cum a fost descrisA de legea gravitației universale a lui Isaac Newton), ci mai degrabă un efect al curburii spațiu-timpului. Einstein a descris această curbare prin faimoasa sa ecuație a câmpului gravitațional, care leagă curburarea spațiu-timpului de materie și energie prezentă. Ideea centrală exprimată de el este că materia și energia îi spun spațiu-timpului cum să se curbeze, iar spațiu-timpul le spune materiei și energiei cum să se miște.