Los estudios experimentales de Phillip Lenard sobre el efecto fotoeléctrico muestran que:

• Para una frecuencia determinada, la energía de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la luz incidente, pero su número sí.
• Para cada metal existe una frecuencia ("umbral"), por debajo de la cual no se produce la emisión de electrones, sea cual fuere la intensidad de la radiación incidente.

Albert Einstein (Alemania; 1879 - 1955) aplica la teoría cuántica de Max Planck para explicar el efecto fotoeléctrico:

• El cuanto de energía liberado por el emisor no se diluye por todo el frente de la onda luminosa que se propaga, sino que permanece intacto como cuanto de luz (mas tarde, "fotón"), de la misma energía.
• Cuando un cuanto de luz incide sobre el metal, le comunica a un electrón toda su energía: a mayor intensidad de la luz, ésta transporta un mayor número de cuantos de la misma frecuencia y libera un mayor número de electrones con la misma energía cinética.
• Al aumentar la frecuencia de la luz incidente, sus cuantos tienen mayor energía, por lo que liberan los electrones del metal con mayor energía cinética.
• La luz con una frecuencia inferior a un valor crítico ("umbral") contendría unos cuantos con tan bajo contenido en energía que, aunque fuesen muchos (intensidad alta), no serían capaces de librera ningún electrón.

Se ha producido un cambio de escala en la interpretación de los fenómenos. La luz ordinaria tiene tantos fotones sobre cada frente de onda, que la individualidad de éstos queda enmascarada y la energía parece distribuida de forma continua. Cuando se analizan fenómenos a escala subatómica es cuando se manifiesta claramente la "estructura fina" de la onda luminosa. Una radiación no revela nunca todas sus características al mismo tiempo y en un conjunto de experimentos; por otra parte, los fotones y otras entidades subatómicas difieren de los cuerpos a gran escala en que no pueden llevarse a cabo experimentos con una determinada entidad.

Es por este trabajo sobre la teoría cuántica de la luz por el que Albert Einstein recibe el premio Nobel de Física en 1921.

• Arthur Holly Compton (EE.UU.; 1892 - 1962) descubre que algunos rayos X dispersados por la materia aumentan su longitud de onda (efecto Compton), lo que explica suponiendo que un fotón (partícula de luz) choca con un electrón (partícula de materia), cediéndole parte de su energía.