Од 1905, године када је докторирао, до 1920-их, Алберт Ајнштајн је направио низ открића и формулације које су из темеља промениле човеково схватање времена, материје и основа стварност. Иако је своје касније деценије Ајнштајн посветио политичком активизму, његова најзначајнија научна достигнућа стекао му је стално место у аналима историје и изнедрио развој потпуно нових поља студија.
Чувена формулација
Вероватно најпознатија и најпрепознатљивија научна формула свих времена, Е = мц ^ 2 појавила се у Ајнштајновој „Специјалној теорији релативности“, први пут објављеној 1905. године. Формула показује како маса објекта произлази из поделе његове кинетичке енергије квадратом брзине светлости. Првобитни закључак формуле представља енергију и масу као заменљиве целине и обједињује три наизглед различита природна елемента. Једначина има дубоке импликације на развој нових извора енергије и показује како притисак и топлота у срцу сунца претварају масу директно у енергију.
Општа релативност
Ајнштајнова „Општа релативност“, објављена 1915. године, наставила је тамо где је „Посебна теорија релативности“ стала. Основни појам опште релативности развија се укључивањем убрзања у претходну теорију. Најзначајнији аспект опште релативности описује искривљење које масивни објекти стварају у простору-времену. Ово изобличење привлачи мање предмете према већима, што објашњава постојање гравитације. Приказивање простора-времена као податног значи да време само по себи није константа. Ајнштајнова теорија опште релативности добила је потврду од посматраног феномена, попут гравитационог сочива и промена у Меркуровој орбити. Општа релативност такође садржи прве импликације тамне материје. Грешка коју су приметили Ајнштајн и његов колега, Виллем де Ситтер, допринела је откривању тамне материје у посматрању звезданих кретања Јана Оорта.
Апсолутна природа светлости
Ајнштајнове теорије релативности углавном се ослањају на његов појам брзине светлости као апсолутне. Пре овога, конвенционална знања су сматрала да су простор и време служили као апсолутни концепти на којима се темељила физика. Ајнштајн је сматрао да брзина светлости остаје иста под било којим условима, чак и у вакууму, и никада се не може повећати. На пример, објекат избачен брзином светлости из возила које се креће истом брзином не би напредовао поред возила. Ајнштајн је такође представио светлост као колекцију честица, а не као талас. Ова теорија, која је Ајнштајну 1921. године донела Нобелову награду за физику, допринела је развоју квантне физике.
Остала важна достигнућа
У раду из 1905. године Ајнштајн је представио једначину која је објаснила случајна кретања честица, познату као Бровниан кретање, као резултат удара са до тада непознатим молекулима, који су представљали основу за честице теорија. 1910. године Ајнштајн је објавио рад о критичној опалесценцији, који објашњава феномен дисперзије светлости који небу даје боју. 1924. Ајнштајн је извукао импликације из теорије Сатјендре Бозе на састав светлости како би објаснио структуру атома. Такозвана Босе-Ајнштајнова статистика сада пружа увид у склоп честица бозона.