事后，人们一直设法解释它。也有人对这种现象作了描述。但爱因斯坦感到，仅仅是对实验观察到的现象的描述是不够的，必须以计算的方法找出其中的规则，给人以科学的解释。他把概率作为热学的数学演算基础，深入研究了运动与热之间的关系问题，用统计学的方法分析了原子和分子运动的问题，终于找到了布朗运动的规律。爱因斯坦发现：热是能量的一种形式，是由不规则的分子运动引起的。爱因斯坦在《分子热运动论所要求的平静液体中悬浮粒子的运动》论文中论证了悬浮粒子的运动速度及其颗粒大小与液体的黏滞系数之间存在着可用实验检验的数量关系：粒子越小，液体温度越高，运动就越激烈。科学地证明了法国物理学家对布朗运动的本质上是正确的解释。现在，根据爱因斯坦测定分子体积的方法，加上布朗运动的公式，可以用精确的数学方法对分子的实际大小和数量进行计算了。爱因斯坦的工作远远超过了奥地利天才的物理学家波尔兹曼和美国科学家吉布斯的研究结果，从而彻底解开了布朗运动之谜。所有这些都是爱因斯坦独自研究出来的。因此，有人曾评价说：“统计力学方面中所有具有主要特点的新发现都是爱因斯坦搞出来的。”但由于他手头缺乏充分的科学资料，所以在论文中只是十分谨慎地写道：“可能，这里所讨论的运动就是所谓的布朗分子运动。”在论文最后也表示希望实验物理学家能用实验证实这一理论。
3年之后，巴黎大学的佩兰真的通过实验完全证实了“布朗运动的爱因斯坦定律”，计算出了分子的大小。爱因斯坦因此获得了1926年的诺贝尔奖金。这时，连最顽固地坚持反对原子论的马赫和奥斯特瓦尔德也不能不声称“改信原子学说”。
爱因斯坦的工作不仅从物理学上科学地揭示了物质是由分子和原子组成的，某些自然科学家否定和怀疑原子论是不对的，还从认识论上证明，世界是不依赖于主体的客观存在，人对客观世界的认识是没有止境的，从而有力地反对了形而上学的主观唯心主义和思想僵化的教条主义，为辩证唯物主义的正确性增添了新的有力的自然科学论证。
爱因斯坦为原子论的决定性胜利所做的工作，是他在科学上的伟大成就之一。
创立新的科学理论，解开辐射之谜
关于光的本质，以往科学界有过两种看法，一是以牛顿为代表，认为它是由微粒组成的，直线传递的，是不连续的；一是以惠更斯为代表，认为它是一种波，是连续的。早在爱因斯坦研究它之前，微粒说与波动说已争论了很久，经历了一个彼消此长的过程。开始是微粒说占上风，这主要是因为当时牛顿的名气大，同时在当时看来，微粒说的论据也比较充分。但后来物理学发展史上发生的一些事使波动说占了上风，甚至完全占了统治地位。
先是1801年，英国有位学者做了一个实验，他让一束光穿过两个十分靠近的小孔，投射到一个屏上，结果发现呈现出来的是明暗相间的条纹。这给微粒说不啻是一个致命打击。因为如是微粒流，是直线传播的，呈现在屏上的应是两个亮点。可是这种结果用波动说却很好解释：条纹本身就说明它是以波的形式传播的，亮的地方是穿过小孔的两束光波互相增强造成的，暗条纹则是由两束光波互相抵消引起的。
再就是电磁现象的发现。1864年，麦克斯韦利用前人的成果，提出了两组电磁场的方程。他据此预言存在着电磁波，他还计算出电磁波的传播速度等于光速，而且它具有光的各种性质。因此，他断言，电磁波与光是同一种东西，光不过是波长极短的电磁波。1888年，赫兹通过实验产生出了电磁波，从而使麦克斯韦的磁场理论得到了普遍承认。从此，没有一个大胆的学者敢越雷池一步，没有一个叛逆者敢于突破这个根深蒂固的传统学说——光是波，而且只是波，除了波什么也不是!
但是新的实验事实又使这似乎成了定论的理论成了问题，这就是黑体辐射实验。
所谓“黑体”，是指外界向它辐射电磁波它只吸引不反射的那种理想物体。一块烧红的铁近似于黑体。把铁加热到一定程度，它就呈现出暗红色，温度继续升高，铁的颜色也随之变化，由红到黄，再到白。我们知道，光是电磁波，有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等颜色，频率由低到高。黑体的温度越高，在它辐射出来的电磁波中高频的成分就越多，而黑体辐射出来的能量，各种电磁波所占的比例，是可以用实验测定的。长期以来经典物理学都无法解释这种现象。
长期从事黑体辐射研究的柏林大学理论物理教授普朗克后来作了一个简单的假设就使一切问题都迎刃而解了。他假设黑体是由许多振子组成，每一个振子的能力又是某一基本能量的整倍数。普朗克把这个基本能量叫做“量子”。他从这种假设出发推导出来的黑体辐射公式和实验结果完全吻合。这就与传统理论发生了尖锐的矛盾：在电磁理论中，能量从来都是连续的，可现在到了微观世界，能量变成了一份一份的量子，能量从连续变成了不连续的了。
量子假设在经典物理学上打开了一个缺口，为新物理学的诞生奠定了第一块基石，可是由于受经典理论的禁锢，谁也不相信普朗克的量子假设，连他本人也不相信，在以后的多年中，他也一心想取消这一假设。
但爱因斯坦却赞成普朗克的假设。认为只要正确运用普朗克的假设，便可使光的学说焕然一新。
事情还得从光电效应说起。所谓光电效应就是光照射到金属表上，金属能释放出电子来。而这种释放与光的强弱无关，只取决于光的频率。这是先后由赫兹和勒纳德的实验发现的一种现象。微弱的紫光能使金属表面放射出电子，而很强的红光却不能。这与光的波动是相抵触的。按照波动说，它的能量是连续的，所以它应当只与光的强弱有关，而与光的频率无关。爱因斯坦为了正确解释光电效应现象，作了一个大胆的假设，认为光也与原子、电子一样，是由一个个粒子组成的，他把它们叫做光量子。和普朗克一样，每个光量子的能量是由这样的公式决定：E=hv，这里h是普朗克常数，v是光的频率，E是光量子的能量。用这个公式就能很好地解释光电效应了——光是由一个个光量子组成的，光的能量是不连续的，每一个光量子的能量要达到一定的质才能使金属表面释放出电子来。微弱的紫光，光量子虽然也较少，但每个光量子能量却是够大，所以能使金属表面释放电子；而很强的红光，光量子数量虽多，但每个光量子的能量却不够大，所以不能使金属表面释放出电子。
爱因斯坦于1905年3月17日撰就的《关于光的产生和转化的一个试探性观点》就是专门讨论光量子问题的，集中反映了这些思想，后来他因此获得了诺贝尔奖金。
这的确是叫人难以接受的看法，习惯于波动说的物理学家们看到爱因斯坦这一在逻辑上无可置疑的成果，就像看到死人重新从坟墓里爬出来一样，震惊不已。“光究竟是什么呢?”爱因斯坦的好友问道，“是波还是微粒，要知道这两种是不能并存的!波充斥着连续不断的空间，微粒则反映实在世界的不连续的粒状面貌。不是这样，就是那个。然而无数次最精密的实验都要求光有波动的性质，可是普朗克的辐射公式和光电效应正如你在这里确切指明的那样，都以不可反驳的明确性说明了光量子的实在性。这怎么办?难道又是一条死胡同，无结果一场?不是这个，就是那个。没有第三种说法了!”
“不是这个，就是那个?为什么不可以又是这个、又是那个呢?光同时又是波，又是微粒。是连续的，同时又是不连续的。自然界喜欢矛盾——并且是事物最中心的矛盾。未来将告诉我们，光的结构的这一具体矛盾也许将是物理界一些新的、最伟大的事件的出发点……”爱因斯坦回答道。
一个不相信光量子论的美国物理学家，花了10年工夫去做光电效应实验，本想用实验驳倒爱因斯坦的看法，然而使他感到意外的是，实验结果和爱因斯坦根据光量子假设推导出来的光电效应公式非常吻合。就这样，光量子论在科学界渐渐得到了公认。光同时具有微粒性和波动性两重性质，就像一个钱币有其正反两面。
爱因斯坦的光量子假说为整个原予物理学的发展奠定了基础，后来，玻尔正是在此基础上提出了赫赫有名的原子模型。法国物理学家德波罗依也正是在这一思想基础上提出了天才的“物质波”的假说。正是由于有了光量子假说，才有了20年后量子力学的诞生。
爱因斯坦创立的新的光学理论不仅对物理学具有划时代的意义，在哲学上对论证辩证法也具有不可估量的意义。首先，它证明了普朗克在热辐射问题上发现的量子现象并非是辐射现象所特有的，在一般物理过程中都有表现，这样，就动摇了旧的形而上学的观念，使大自然不作飞跃的观点破产了，因为，量子理论恰好证明大自然的变化是跳跃式的。此外，爱因斯坦关于光是有两重性——既是微粒又是波的理论。这就从物理学上证实了对立统一规律的正确性，有力地驳倒了对立的东西仅仅是对立的，它们是无法统一的形而上学观。
创立狭义相对论——解开以太之谜，为辩证唯物主义的时空观提供坚实的自然科学依据
以太的问题是爱因斯坦思考了很久、早就想解决的一个问题。要弄清他在这个问题上的成就，首先还得从时空观讲起。因为光以太学说与牛顿力学的绝对时空理论紧密联系在一起。
长期以来，在科学上占统治地位的就是牛顿的这种绝对的时空观。由于它与人们的经验常识相联系，所以在好几百年时间里，除了莱布尼茨提出过怀疑，几乎没有别的物理学家认真思考过这个问题并敢于提出疑问。
在牛顿那里，“绝对的空间，就其本质而言，是和外界任何事物无关，而永远是相同的，不动的”。而“绝对的，真正的和数学的时间自身在流逝着，并且由于它的本性而均匀地，同任何一种外界事物无关地流逝着”。与此相联系，牛顿还谈到“绝对运动”，他给“绝对运动”下了这样的定义：它是“物体从一绝对地点转移到另一绝对地点”。
牛顿的这些说法显然是有毛病的。既然绝对的空间和时间都同外界事物没有关系，那么怎么知道它们是存在的呢?这个问题用牛顿自己的逻辑是无法回答的，他只好说“绝对的时间和空间”是上帝创造的，就跟康德把时间和空间看作是一种先验的“纯形式”一样。既然它们属于先天的领域，人们对它们也就既不能认识，也不能怀疑了。
莱布尼茨之后，马赫是较早起来批判牛顿的“绝对时间”、“绝对空间”和“绝对运动”观念的人。他在1888年出版的《力学》一书中试图推翻这些学说。由于当时条件的限制，马赫并没有能驳倒牛顿的时空观。但他对绝对时空观的怀疑及其批判牛顿绝对时空观提出来的思想——在自然科学中不能被感知的表象是没有意义的，也是没有依据的，都给了爱因斯坦变革时空观以很大的启迪。
更重要的是，随着物理学的研究对象由宏观领域进入原子和电子的微观领域，从低速进入到光速和近光速的高速领域，使牛顿的绝对时空观越来越暴露出了它的局限性。
地球以每秒30公里的速度在其轨道上绕太阳旋转。太阳系以每秒20公里的速度在宇宙中飞驰。我们的银河系与其他遥远的银河系相比又以相当高的速度在不停地运动。这样，要是以太真是以静止的方式存在于“绝对空间”中的，是一切物体运动赖以进行的介质，那么这样的运动对于以太来说必然是显著的，把运动着的地球看作是不动的，就应当测出以太就像每秒30公里的风一样拂过地球的表面。至少使用精密的光学仪器一定能测出来。可是迈克尔逊一莫雷实验对以太风的观测是零结果表明，在任何惯性系的所有方向上测得的光速是相等的，它与光源的运动无关。相对于以太的“绝对运动”是不存在的，关于宇宙中充满静止的以太的假说是不能成立的。很明显，这与经典的麦克斯韦电磁理论——电磁波是靠以太介质来传播的——相矛盾。
在经典理论遇到了新的实验事实的挑战之后，当时大多数科学家由于受形而上学机械论的影响太深，摆脱不了传统观念的束缚，就起来千方百计地设法修补原有的理论，力图使它们能自圆其说。然而事与愿违，越这样努力，就越暴露出原有理论的缺陷，越是为新的理论诞生提供更多的理论前提。
如有人曾用以太被地球所曳引的假说来解释迈克尔逊一莫雷实验。因为如果以太被地球所带动，地球相对于以太就是静止的，在地球上测得的光速自然就是各向同性的。但这种说法与天文学上早就知道的恒星的光行差现象又相矛盾。
