Albert Einstein fez os seus estudos superiores no ETH de Zurique (o Instituto Federal de Tecnologia da Suiça), licenciando-se em física em 1900. Nos anos seguintes irá trabalhar na repartição de patentes de Berna, cujo ambiente sereno e o pouco movimento lhe permitirão desenvolver a maioria da obra científica que o imortalizará.
As descobertas da segunda metade do século XIX tinham levantado novos problemas à física convencional. James Clerk Maxwell teoriza a existência das ondas electromagnéticas e calcula a sua velocidade de propagação igual à da luz (300.000 km por segundo). Alguns anos depois, Heinrich Hertz consegue efectivamente produzi-las em laboratório. Segundo a física de Isaac Newton, uma onda é o produto da vibração de um meio material. Ora se a luz é uma onda, é necessário que o espaço através do qual ela se propaga seja preenchido por alguma substância que o faça oscilar, tendo para isso sido criado o conceito do éter, material em constante repouso que se torna o referencial absoluto e cuja prova da existência tenta ser provada sem sucesso por alguns cientistas.
A mecânica clássica, que se apoiava na noção de referenciais galileanos (sistemas de referência que se encontram em repouso ou em movimento rectilíneo e numa velocidade constante em relação a outro referencial), não se parecia adaptar à realidade dos fenómenos electromagnéticos.
Einstein vai, a partir desta contradição, negar a validade da mecânica tradicional, defendendo que o princípio da relatividade de Galileu é apenas válido para velocidades muito inferiores à da luz. Ou seja, é impossível colocar em evidência o estado de repouso ou o movimento rectilíneo uniforme de um sistema. Esta sua teoria da relatividade restrita, enunciada em 1905, universaliza as leis da natureza tendo como base os trabalhos de Maxwell. Para além disso, extrapola ainda que a velocidade da luz no espaço vazio tem um valor constante que é independente do movimento da sua fonte ou do observador da mesma. Assim, ele prova que o éter não existe, não podendo servir de referencial para o movimento dos corpos. Estes só se movimentam com relação a outros, sendo a velocidade um conceito relativo.
A teoria da relatividade de Einstein introduz modificações nos conceitos de tempo e de distância percorrida pelos corpos. Segundo este físico, o intervalo de tempo entre dois acontecimentos medidos num determinado referencial dilata-se quando é medido a partir de outro referencial (móvel em relação ao primeiro). Inversamente, a noção de espaço e a distância entre dois pontos contrai-se, parecendo mais próxima, segundo esse mesmo referencial. Estas propriedades não são perceptíveis pelo facto de os observadores não se movimentarem a velocidades próximas da luz.
Assim, os conceitos de espaço e tempo, tal como são definidos tradicionalmente, são substituídos pela ideia de espaço-tempo entendida como uma entidade geométrica com quatro dimensões (três espaciais e uma temporal).
Albert Einstein apresenta ainda, na famosa equação E = mc2, a relação entre a massa e a energia de um corpo. Quando um corpo irradia energia, perde automaticamente massa, sendo a radiação electromagnética justamente uma manifestação dessa perda de massa. Esta descoberta teórica abre caminho ao desenvolvimento da energia atómica.
Dez anos mais tarde, em 1915, Einstein vai conseguir também interpretar correctamente em termos relativistas os fenómenos da gravidade, construindo assim a sua teoria da relatividade geral. Segundo esta, a gravidade é uma consequência geométrica do espaço-tempo. A presença de um corpo num determinado lugar causa uma distorção na região que lhe é próxima e, deste modo, a sua massa curva o espaço-tempo, causando a alteração das trajectórias de corpos mais pequenos.
Outra das contribuições de Einstein para a ciência, a explicação do efeito fotoeléctrico, é descrita como a libertação de electrões de uma superfície geralmente metálica através da sua exposição a uma determinada radiação electromagnética (como a luz). Este físico vai aplicar a recém-desenvolvida teoria quântica de Max Planck ao fenómeno, ampliando o seu significado e permitindo o futuro desenvolvimento da célula fotovoltaica.