按愛因斯坦的心理氣質而言，如果他出生在文藝復興時期，歷史或許把他造就成為一個傑出的藝術家，但在十九世紀末的德國，一種以科學發明去探索未知世界的熱潮正在興起。各種科學發明以前所未有的聲、光、電、化迅速改變著人們的感官世界，各種技術上的新鮮玩意給新一代人帶來無窮的趣味，並吸引著他們興趣，激起他們的求知慾。
科學之光普照著大地，也照亮了小愛因斯坦成長的道路。愛因斯坦上學前的一天，他生病了，本來沉靜的孩子更像一隻溫順的小貓，靜靜地蜷伏在家裏，一動也不動。父親拿來一個小羅盤給兒子解悶。愛因斯坦的小手捧著羅盤，只見羅盤中間那根針在輕輕地抖動，指著北邊。他把盤子轉過去，那根針並不聽他的話，照舊指向北邊。愛因斯坦又把羅盤捧在胸前，扭轉身子，再猛扭過去，可那根針又回來了，還是指向北邊。不管他怎樣轉動身子，那根細細的紅色磁鍼就是頑強地指著北邊。小愛因斯坦忘掉了身上的病痛，只剩下一臉的驚訝和困惑：是什麼東西使它總是指向北邊呢？這根針的四周什麼也沒有，是什麼力量推著它指向北邊呢？
愛因斯坦六十七歲時仍然為童年時的「羅盤經歷」感慨萬千。
他在《自述》中說：
「當我還是一個四、五歲的小孩，在父親給我看一個羅盤的時候，就經歷過這種驚奇。這只指南針以如此確定的方式行動，根本不符合那些在無意識的概念世界中，能找到位置的事物的本性的（同直接『接觸』有關的作用）。我現在還記得，至少相信我還記得，這種經驗給我一個深刻而持久的印象。我想一定有什麼東西深深地隱藏在事情後面。凡是人從小就看到的事情，不會引起這種反應；他對於物體下落，對於風和雨，對於月亮或者對於月亮會不會掉下來，對於生物和非生物之間的區別等都不感到驚奇。」
顯然，人們經驗認為「空虛」的空間存在一種什麼東西，一種什麼力量，迫使著物體朝特定的方向運動。這件偶然小事雖微乎其微，並發生在愛因斯坦成為科學家之前很久的時間裡，但這次奇特的經歷，卻對他後來的科學思考與研究極為重要。後來，「場」的特性和空間問題是那樣強勁地吸引著這位物理學家。在廣義相對論中，愛因斯坦終於天才地解決了這些兒童時代就萌發出來的困惑。不過在當時，它們還只是以樸質的本來面貌顯現在他的眼前。
小小的羅盤，裡面那根按照一定規律行動的磁鍼，喚起了這位未來的科學巨匠的好奇心——探索事物原委的好奇心。而這種神聖的好奇心，正是萌生科學的幼苗。
一九五三年三月十四日，愛因斯坦在七十四歲生日宴會之前，舉行了一個簡短的記者招待會。會上，他收到一份書面的問題單。單子上第一個問題就是：「據說你在五歲時由於一隻指南針，十二歲時由於一本歐幾里得幾何學而受到決定性的影響。這些東西對你一生的工作果真有過影響嗎？」
愛因斯坦的回答是：「我自己是這樣想的。我相信這些外界的影響，對我的發展確是有重大影響的。」
愛因斯坦接下來的回答，似乎更饒有趣味：「但是人很少洞察到他自己內心所發生的事情。當一隻小狗第一次看到指南針時，它可能沒有類似的影響，對許多小孩子也是如此。事實上決定一個人的特殊反應，究竟是什麼呢？在這個問題上，人們可以設想各種或多或少能夠說得通的理論，但是決不會找到真正的答案。」
的確，一個兒童的一次偶然經歷，和日後偉大的科學發現之間，大概怎麼推論，也難以找出讓人心服的必然性聯繫。希特勒還是一個孩子時，大約總有舞刀弄槍的遊戲活動，但由此推出他最終成為戰爭狂人的淵源關係，終究有些可笑。所以，儘管愛因斯坦兒童時代「羅盤經歷」中感受到的困惑，與日後相對論的研究物件有共同性，但這種共同性，畢竟有著性質上的差異：前者無非是一個孩子對自然現象的驚奇感；後者則是對宇宙規律的有意探索。倘若愛因斯坦沒有成為物理學大師，那小小的「羅盤經歷」也就失去任何意義，更不會為人們津津樂道。只是就小愛因斯坦的好奇心來說，他確是一個早熟的、聰慧的孩子。當同年齡的孩子們還在盲目認可一切可感知的物件時，愛因斯坦卻感受到一種無法看見的力量，我想，這很可能仍與音樂的無形魅力有關係。
真正促使愛因斯坦對超感官世界發生濃厚興趣的是數學。音樂已給了愛因斯坦一個和諧美麗的圖景，如今，數學又將給他證實這個圖景。二者結合起來，就為愛因斯坦的精神發展奠定下第一塊堅實的基石。對理想世界的情感依戀與理智認同，便是愛因斯坦後來執著、自負、倔強性格的內涵。
愛因斯坦在《自述》中說：
「在十二歲時，我經歷了另一種性質完全不同的驚奇：這是在一個學年開始時，當我得到一本關於歐幾里得平面幾何的小書時所經歷的。這本書裏有許多斷言，比如，三角形的三個高交於一點，它們本身雖然並不是顯而易見的，但是可以很可靠地加以證明，以至任何懷疑似乎都不可能。這種明晰性和可靠性給我造成了一種難以形容的印象。至於不用證明就得承認公理，這件事並沒有使我不安。如果我能依據一些其有效性，在我看來是無容置疑的命題來加以證明，那麼我就完全心滿意足了。比如，我記得，在這本神聖的幾何學小書到我手中以前，有位叔叔＜註一＞曾經把畢達哥拉斯定理告訴了我。經過艱鉅的努力以後，我根據三角形的相似性成功地『證明了』這條定理；在這樣做的時候，我覺得，直角三角形各個邊的關係『顯然』完全決定於它的一個銳角。在我看來，只有在類似方式中不是表現得很『顯然』的東西，才需要證明。而且，幾何學研究的物件，同那些『能被看到和摸到的』感官知覺的物件似乎是同一類型的東西。這種原始觀念的根源，自然是由於不知不覺存在著幾何概念，同直接經驗物件的關係，這種原始觀念大概也就是康得提出那個著名的關於『先驗綜合判斷』可能性問題的根據。」
這段頗長的自述，是我們理解愛因斯坦科學思想形成發展的重要資料。一個十二歲的孩子，在不可思議的感受中迷上了數學，而且初次領略了一個古老又永恆的哲學命題：思維與存在的關係。一個直角三角形，兩條直角邊的平方相加等於斜邊的平方。這個平方並不是顯而易見的，可是卻能證明。人的思維能證明不是顯而易見的事情，這是多麼奇妙！那麼量一量行不行呢？我們現在無法知道小愛因斯坦當時是否作過這樣的設想。從上邊引證的自述來看，愛因斯坦直覺地感到：不行。一千次、一萬次量度不能代替一次證明，一次證明卻能代替一千次、一萬次量度。幾何學給愛因斯坦帶來的思維奇妙性，使他來不及按部就班，竟一口氣把《聖明幾何學小書》學到最後一頁。
在愛因斯坦步入自然科學領域的最初幾步，有兩個人是很重要的，雖然很難說他們兩人在思想上對愛因斯坦有什麼大的影響，但正是他們，把打開自然科學殿堂大門的第一把鑰匙遞給了愛因斯坦。這兩個人是愛因斯坦的叔叔雅各．愛因斯坦和來自俄國的大學生塔爾梅。
雅各．愛因斯坦是個很有事業心並且精力充沛的人，是一個工程師，也和赫爾曼．愛因斯坦一樣愛好數學，就是他動員赫爾曼．愛因斯坦一家移居慕尼黑。在工廠裏，他管技術；在家裏，他則是小愛因斯坦入學前的數學啟蒙者。愛因斯坦上學後，雅各叔叔常常給小愛因斯坦出些數學題讓他解答。每當正確解答後，愛因斯坦就特別高興。
一八八八年十月，愛因斯坦從慕尼黑國民學校進入路易波爾德中學學習，一直讀到十五歲。這期間，來自俄國的大學生塔爾梅成為愛因斯坦家裏的常客。塔爾梅每星期四到愛因斯坦家來吃晚飯，這是慕尼黑猶太人幫助外國來的窮苦猶太學生的慈善行動。塔爾梅是學醫的，但對各種自然科學知識以及哲學均抱有興趣。他對小愛因斯坦的超常求知慾及能力很吃驚。那本讓愛因斯坦終身難忘的「神聖的幾何小書」便是塔爾梅送給愛因斯坦的。一開始，塔爾梅總是和愛因斯坦談論數學問題，越談就越引起愛因斯坦對數學的濃厚興趣。對學校枯燥教學方式，厭倦的愛因斯坦乾脆自學起微積分，他提出的數學問題常弄得中學數學老師張口結舌，不知如何回答。
儘管愛因斯坦的數學成績永遠第一，但老師並不喜歡他。
一次，一個老師公開對他說：「如果你不在我的班上，我會愉快得多。」愛因斯坦不解地回答：「我並沒有做什麼錯事呀！」老師回答說：「對，確是這樣。可你老在後排笑著，這就褻瀆了教師需要在班級中得到的尊敬感。」
愛因斯坦當然沒有任何過錯，他的老師的抱怨也可理解。愛因斯坦超常的數學能力，確實讓一個普通的中學教師感到難堪和無法言說的心理壓力。
和這位教師不太大度的心理相反，塔爾梅雖不久後也不是愛因斯坦數學上的對手了，但他依然熱情地為愛因斯坦介紹當時流行的種種自然科學書籍和康得的哲學著作，特別是布赫納的《力和物質》