在伯爾尼的歲月裏，愛因斯坦在科學上取得豐碩的成果，第一批研究結果的問世，就像閃電劃破了時代的夜空一般。一九○五年，對於二十六歲的愛因斯坦來說，是碩果累累的一年，對物理學史來說，則是革命的一年：相對論誕生出來了！
在這一年，來比錫出版的《物理學紀事》雜誌上發表了三篇論文，作者是同一個人——阿爾伯特．愛因斯坦。一篇是討論布朗運動的，用最有力的證據證明了分子的存在，它的作者在物理學史上佔有光榮的一頁。一篇是發展普朗克的量子論，提出了光量子假設，它的作者將因此獲得科學界的最高獎賞——諾貝爾獎金。第三篇就是《論動體的電動力學》。這是相對論的第一篇論文。它開創了物理學的新紀元，它的作者的名字是和牛頓並列的。
一個二十六歲的青年，伯爾尼專利局裏默默無聞的小職員，利用業餘時間進行科學研究，在物理學三個未知領域裡，齊頭並進，同時取得巨大成果，這在科學史上，不能不說是一個奇蹟。也許只有一六六五—一六六六年可以和一九○五年相媲美。當時瘟疫席捲英國，劍橋大學被迫關閉，二十三歲的牛頓回到故鄉烏爾索普村。他在鄉居期間，發明了微積分，發現了白光的組成，並且開始研究引力問題。
天才，一個真正的天才！人們也只好這樣解釋。
愛因斯坦當然不這麼看。
他對為他寫傳記的作家塞利希說：「我沒有什麼特別的才能，不過喜歡尋根刨底地追究問題罷了。」
他也對一位物理學界的同行說過：「空間時間是什麼，別人在很小的時候就已經搞清楚了；我智力發育遲，長大了還沒有搞清楚，於是一直在揣摩這個問題，結果也就比別人鑽研得深一些。」
但不管怎麼說，愛因斯坦是物理學史上當之無愧的革命者。牛頓繼承哥白尼、伽俐略和開普勒，完成了物理學的第一次革命，創立了牛頓力學。法拉第、麥克斯威爾完成了物理學的第二次革命，創立了電磁場理論。以愛因斯坦為代表的新一代物理學家，則進行了物理學的第三次革命，創立了相對論和量子力學。
從時間順序看，愛因斯坦在一九○五年的創造性研究中，最早的研究工作是分子物理學。
愛因斯坦關於熱運動的主要研究內容，是用統計方法分析原子、分子運動問題以及研究運動和熱之間的關係問題。在這方面，愛因斯坦的工作，超過了奧地利天才的物理學家玻爾茲曼和美國科學家吉布斯的研究成果，他在物理學方面的探索深度勝過數學的論證。同時，在玻爾茲曼的思想引導下，他把概率作為熱學的數學演算基礎。
所有這些問題，都是愛因斯坦單獨研究出來的，以致有人曾對玻恩說過，「統計力學的所有具有重要特點的新發現，全是愛因斯坦搞出來的。」這位年輕的研究家，研究分子物理學的明確意圖，是想藉助於可靠的結果，為他篤信的原子論的正確性提供論據，因為當時原子論還處在爭論之中。
許多人否定分子和原子的存在。他們說：
「存在原子嗎？存在分子嗎？多大？什麼樣子的？」
愛因斯坦相信世界是物質的。他相信原子和由原子組成的分子是存在的。但是，怎樣才能用最有力的證據證明原子和分子存在呢？他開始研究分子運動論。在那些失業的日子裡，他已經開始研究分子運動論。現在，坐在專利局的辦公室裏，他要來研究布朗運動了。一八二七年，英國植物學家布朗，在顯微鏡下觀察，發現在液滴中浸泡的花粉粒子，不停地在作不規則運動。後來，以發現者的名字把這種粒子的亂動稱之為布朗運動。粒子越小，液體溫度越高，運動就越激烈。
幾十年來，無數學者為解釋這種現象的奧秘，作了種種徒勞的努力。早在愛因斯坦前二十年，法國物理學家曾經猜測，布朗運動是由於懸浮粒子，受到顯微鏡下觀察不到的液體分子的不規則碰撞所造成。這種富於想像的解釋，在當時不僅缺少數學基礎，而且沒有任何的實驗證明。
在《分子熱運動論所要求的平靜液體中懸浮粒子的運動》一文中，愛因斯坦以統計方法，論證了懸浮粒子的運動速度，及其顆粒大小與液體的粘滯係數之間，存在著可用實驗檢驗的數量關係。
愛因斯坦對於以前布朗運動方面的工作並不瞭解，他把顯微鏡下可見粒子的運動，看作是顯微鏡下看不到的液體分子運動的表徵。他用統計方法，解釋了在他之前，波蘭物理學家斯莫魯科夫斯基論證過的這種現象，並且作出數學表述。一九○八年，法國物理學家佩蘭通過實驗完全證實了「布朗運動的愛因斯坦定律」。由於這項工作，佩蘭榮獲了一九二六年諾貝爾獎金。
愛因斯坦關於分子物理學的研究證明了下述觀點是正確的，即熱是能量的一種形式，它是由不規則的分子運動所引起。同時，還使原子論得到了充實，即從物理意義上說來，「物質」是由分子和原子構成。
根據愛因斯坦提出的測定分子體積方法，加上關於布朗運動的公式，能夠數出分子的數目。過去，物理學一直依賴奧地利物理學家格施米德發明的近似方法，而現在可以根據愛因斯坦的理論，用精確的數學方法進行計算了。
愛因斯坦對於熱運動的研究，除了對專業學科十分重要，還在認識論上具有重大意義。它說明，某些自然科學家否定和懷疑原子論是沒有道理的，愛因斯坦對分子觀念的證明是令人信服的，以至連馬赫和另一位原子論的堅決反對者奧斯維德也聲稱「改信原子學說」了。關於這一點，愛因斯坦在《自述》中說得很清楚：
「在那些年代裡，我自己的興趣主要不在於普朗克的成就所得出的個別結果，儘管這些結果可能非常重要。我的主要問題是：從那個輻射公式中，關於輻射的結構，以及更一般地說，關於物理學的電磁基礎，能夠得出什麼樣的普遍結論呢？在我深入討論這個問題之前，我必須簡要地提到關於布朗運動及有關課題（起伏現象）的一些研究，這些研究主要是以古典的分子力學為根據的。在不知道玻爾茲曼和吉布斯的已經發表，而且事實上已經把問題徹底解決了的早期研究工作的情況下，我發展了統計力學，以及以此為基礎的熱力學的分子運動論。在這裡，我的主要目的，是要找到一些事實，盡可能地確證那些有確定的有限大小的原子的存在。這時我發現，按照原子論，一定會有一種可以觀察到的懸浮微粒的運動，而我並不知道，關於這種『布朗運動』的觀察實際上早已是人所共知的了。最簡單的推論是以如下的考慮為根據的。如果分子運動論原則上是正確的，那麼那些可以看得見的粒子的懸浮液就一定也像分子溶液一樣，具有一種能滿足氣體定律的滲透壓。這種滲透壓同分子的實際數量有關，亦即同一克當量中的分子個數有關。如果懸浮液的密度並不均勻，那麼這種滲透壓也會因此而在空間各處有所不同，從而引起一種趨向均勻的擴散運動，這種擴散運動可以從已知的粒子遷移率計算出來。但另一方面，這種擴散過程，也可以看作是懸浮粒子因熱騷動而引起的、原來不知其大小的無規則位移的結果。通過把這兩種考慮所得出的擴散通量的數值等同起來，就可以定量地得到這種位移的統計定律，也就是布朗運動定律。這些考察同經驗的一致，以及普朗克根據輻射定律（對於高溫）對分子的真實大小的測定，使當時許多懷疑論者（奧斯維德、馬赫）相信了原子的實在性。這些學者之所以厭惡原子論，無疑可以溯源於他們的實證論的哲學觀點。這是一個有趣的例子，它表明即使是有勇敢精神和敏銳本能的學者，也可以因為哲學上的偏見，而妨礙他們對事實作出正確解釋。這種偏見——至今還沒有滅絕——就在於相信毋須自由的概念構造，事實本身就能夠而且應該為我們提供科學知識。這種誤解之所以可能，只是因為人們不容易認識到，經過驗證和長期使用而顯得似乎同經驗材料直接相聯繫的那些概念，其實都是自由選擇出來的。」
愛因斯坦對於布朗運動的理論研究，成功地繼承了過去分子物理學的工作，並使它獲得完滿結果。他在光學理論方面的研究工作是同已經取得的發現分不開的。不過，這一研究工作，一開始就具有革命性：它意味著科學發展史上的一次「飛躍」。
一九○五年，愛因斯坦的第一篇著作《有關光的產生和轉化的一個試探性觀點》問世了。在以後的幾年中，他還發表了幾篇有關量子物理學的論文。
在光的新理論中，愛因斯坦以普朗克一九○○年提出的假設為基礎，認為在熱輻射過程中，能量的放出和吸收都是以不連續方式進行；能量的最小數值叫量子，它的數值取決於基本作用量h——「普朗克常數」。每次放出和吸收的輻射能都是這個數值的整數倍。
普朗克的這一發現與當時普遍認為正確的光的波動理論是不相容的。光的波動學說認為光是以波動狀態連續傳播的。十九世紀初，這一學說戰勝了牛頓的微粒說。後來，麥克斯威爾和赫茲還在實驗和理論上證實了這個學說。
普朗克希望通過分析熱輻射，能夠解開熱學