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Im Jahr 1905 erhielt Einstein von der Universität Zürich seine Doktorwürde für eine theoretische Dissertation über Moleküle. Er veröffentlichte drei theoretische Artikel, die für die Entwicklung der Physik im 20.Jahrhundert von zentraler Bedeutung waren. Im ersten dieser Artikel, der die Brown'sche Molekularbewegung untersucht, gab Einstein eine Erklärung für die irreguläre Bewegung kleiner Teilchen in einer Flüssigkeit: Unregelmäßige Stöße der umgebenden Atome und Moleküle verursachen diese Bewegung. Diese Voraussagen wurden später durch Experimente bestätigt.
Der zweite Artikel, der sich mit dem photoelektrischen Effekt befasste, enthielt eine revolutionäre Hypothese über das Wesen des Lichtes. Einstein ging nicht nur davon aus, dass Licht unter bestimmten Umständen so betrachtet werden könne, als ob es aus Teilchen bestehe. Er vermutete außerdem, dass die jedem Lichtteilchen (das man Photon nennt) innewohnende Energie der Strahlungsfrequenz proportional sei. Die Formel dafür lautet E = h*, wobei E die Strahlungsenergie, h eine universelle Konstante, das so genannte Planck'sche Wirkungsquantum, und die Strahlungsfrequenz ist. Die Annahme, dass die in einem Lichtstrahl enthaltene Energie in einzelnen Einheiten (oder Quanten) übertragen werde, stand im Widerspruch zu der vorherrschenden Vorstellung, Licht als Wellenerscheinung zu betrachten. Einsteins Theorie stieß zunächst auf einhellige Ablehnung. Er war selbst überrascht, als der amerikanische Physiker Robert Andrews Millikan die Theorie fast ein Jahrzehnt später experimentell bestätigte.
Einsteins Hauptanliegen bestand darin, das Wesen der elektromagnetischen Strahlung zu verstehen. Er bestand später darauf, das Wellen- und das Teilchenmodell für das Licht in einer Theorie zu vereinigen. Wiederum zeigten nur wenige Physiker für diese Ideen Verständnis.
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