名聞遐邇的愛因斯坦，終於在1921年獲得諾貝爾物理學獎，不過獲獎的具體理由卻與狹義相對論或廣義相對論都沒關係，而是他發現了光電效應的物理定律。
光電效應最早是赫茲在1887年觀察到，某些金屬受到光或紫外線照射時，會發出陰極射線（十年後湯姆森以實驗證明這就是電子）。隨後許多科學家進一步研究，卻發現難以解釋的奇特現象。
謎團
首先，只有高於特定頻率以上的光才會產生光電效應。例如用再強的紅光照射再久，也無法從鉀金屬打出電子，但極弱的紫光卻能輕易辦到。按理說，金屬表面的電子是因為吸收能量才被激發出來，那為什麼很亮的紅光能量遠比微弱的紫光大，卻無法讓電子釋放出來？
而同樣是紫光，無論強度如何，只會激發出更多電子，並不會提高電子的動能。電子的最大動能只取決於光的頻率，與光的強度無關，這也與理論不符。
此外，微弱的光給予的能量較少，電子應該需要一些時間累積到足夠的能量後，才能脫離原子核的束縛，但實驗結果卻顯示電子在照射瞬間就發射出來。
光的頻率超過閾值才有光電效應、激發出的電子能量與強度無關、電子瞬時發射，這三個現象讓物理學家束手無策。這是因為當時普遍認為光是一種電磁波，可分布於各種頻率，因此光的能量變化是連續的，但這就無法解釋光電效應。
光量子假說
1905年6月9日，德國物理學期刊《物理年鑑》刊登了一篇論文，題為《關於光的產生和轉變的一個啟發性觀點》，作者是年僅26歲的瑞士專利局職員——愛因斯坦。
文中借用普朗克在1900年為了解釋黑體輻射，而提出能量的吸收和發射，是以一份一份的「能量子」（quanta）形式進行的假設，大膽指出其實光本身就一份一份的、不連續的「光量子」（後來便稱為光子）；光子的能量等於普朗克常數乘以光子的頻率（E=hν）。
有了光子的概念，光電效應的謎團便迎刃而解。
● 瞬時發射： 光子與電子之間的相互作用是一對一的，當光子撞擊到電子時，能量傳遞在那一瞬間就發生了，因此幾乎沒有時間延遲。
● 光的頻率要超過閾值：既然電子吸收的是單一光子的能量，而光子所攜帶的能量只和頻率有關，那麼能量若不足以讓電子脫離束縛，再多的光子（例如再強的紅光）也不會發生光電效應。
● 激發出的電子動能：光的強度更大代表有更多光子，只會激發出更多電子，並不會讓單一電子的動能變得更大。
然而愛因斯坦的理論卻被主流學界認為離經叛道，因為它顛覆了古典物理學對光本質的理解；美國物理學家密立根便著手進行實驗，試圖駁斥光量子的概念，沒想到實驗結果反而證明愛因斯坦的理論是對的，愛因斯坦也因此獲得諾貝爾獎。
愛因斯坦這篇論文不但解決了困擾物理學界已久的謎題，光電效應的原理揭曉後，也促成了諸多現代科技的誕生與發展，例如太陽能板、感光元件、光電倍增管以及各種感測器等，在能源、通訊、醫療和天文學等領域發揮巨大的作用。
此外，愛因斯坦揭露光的波粒二象性，也奠定了量子物理學的重要基礎，而量子物理所產生的影響更是難以估量。
