Работая в патентном бюро, Эйнштейн активно занимался изучением сил взаимодействия между молекулами и статической термодинамикой. Одна из его первых научных работ «Новое определение размеров молекул» в 1905 году была принята в качестве докторской диссертации Цюрихским университетом. Эйнштейн получил степень доктора наук и в том же 1905 году опубликовал в берлинском журнале «Анналы физики» серию научных работ, которые и стали величайшим научным открытием, обессмертившим его имя.

Одна из работ этой серии объясняла явление броуновского движения – хаотичного перемещения твёрдых частиц, взвешенных в жидкости, которое можно видеть в микроскоп. Эйнштейн приписывал броуновское движение частиц их столкновениям с невидимыми молекулами. Он предположил, что если причина броуновского движения именно в этом, то массу и число молекул, содержащихся в данном объёме жидкости, можно вычислить. Вроде бы ничего сверхъестественного – Эйнштейн лишь подтвердил существовавшую ранее теорию, что все тела состоят из молекул.

С Максом Планком.

В другой работе Эйнштейн объяснил фотоэлектрический эффект – испускание поверхностью металла электронов под воздействием электромагнитного излучения. В 1900 году немецкий физик Макс Планк описал излучение, испускаемое горячими телами. Он предположил, что энергия испускается не непрерывно, а отдельными (дискретными) порциями – квантами. Величину кванта удалось вычислить (она равняется произведению частоты излучения и неизменного числа – постоянной Планка). Но физический смысл самого кванта оставался неясным.