Nobelovu nagradu dobio je samo za rad o fotoelektričnom efektu. Za druge Einsteinove radove Nobelov komitet izrazio mišljenje da bi oni trebali biti potvrđeni u budućnosti.

Netko bi mogao smatrati ironičnim što je nagrada dodeljena za fotoelektrični efekt, ne samo zato što je Einstein najviše poznat po teoriji relativnosti, nego i zato što je fotoefekt kvantni fenomen, a Einstein je, zbog nečega, kasnije postao razočaran putem kojeg kvantna teorija zauzela u svojem daljnjem razvoju. Einstein je ove znanstvene radove objavio u časopisu Annalen der Physik. Uobičajeno je da se oni danas nazivaju znansvteni radovi Annus Mirabilis (od latinske fraze Annus mirabilis što na latinskom znači “Godina čuda”). Međunarodna unija za čistu i primenjenu fiziku (IUPAP) obilježila je 100. godinu od objavljivanja njegovih opsežnih radova 1905. kao Svjetsku godinu fizike 2005. (World Year of Physics 2005).

Prvi rad, nazvan "O jednom istraživačkom gledanju na proizvodnju i transformaciju svjetlosti" ("Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt") bio je posebno citiran u priopćenju povodom dodjele Nobelove nagrade. U ovom radu, Einstein proširuje Planckovu hipotezu () o diskretnim djelićima energije, na svoju vlastitu hipotezu da se elektromagnetska energija (svjetlost) također emitira iz materije ili apsorbira u diskretnim djelićima, kvantima, čiji je iznos (gdjе је Planckova konstanta, a je frekvencija svjetlosti) predlažući tako novi zakon:

kao objašnjenje fotoelektričnog efekta, jednako kao i svojstava drugih pojava fotoluminiscencije i fotoionizacije. U kasnijim radovima, Einstein koristi ovaj zakon da opiše Voltin efekt (1906.), nastanak sekundarnih katodnih zraka (1909.) i visokofrekventnu granicu zakočnog zračenja (1911.). Ključni Einsteinov doprinos je u njegovom tvrđenju da je kvantizacija energije uopće, suštinsko svojstvo svjetlosti, a ne samo, kao što je Max Planck vjerovao, neka vrsta ograničenja u interakciji između svjetlosti i materije. Jedan drugi, često previđani, doprinos ovoga rada predstavlja Einsteinova izvanredna procjena ( ) Avogadrove konstante ( ). Međutim, kako Einstein u ovom radu „nije“ predložio da je svjetlost sastavljena od čestica, koncept svjetlosti kao snopa „fotona“ neće ni biti predložen sve do 1909.

Hendrik Antoon Lorentz, nizozemski fizičar i Nobelovac. Lorentz je svojim transformacijama, kao i uvođenjem faktora γ, uvelike doprinio na području teorije relativnosti.		Jules Henri Poincaré, slavni francuski matematičar i teoretski fizičar. Iako je najpoznatiji po svojim radovima na matematici i teoriji kaosa, Poincaré je začajan i po tome što je par tjedana prije Einsteina objavio jednadžbe relativnosti. Unatoč različitosti od Einsteinovih, ove jednadžbe su u ono vrijeme bile važa tema povjesničara znanosti.

Njegov drugi članak iz 1905., pod nazivom "O kretanju — potrebnom od strane Molekularne kinetičke teorije topline — malih čestica suspendiranih u nepokretnom fluidu" ("Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen"), pokriva njegovu studiju Brownovog gibanja i osigurava emprijske dokaze za postojanje atoma. Prije pojave ovog članka, atom je bio prihvaćen kao koristan koncept, ali fizičari i kemičari su se vatreno raspravljali jesu li atomi realni entiteti ili nisu. Einsteinovo statističko razmatranje ponašanja atoma dalo je eksperimentatorima način da broje atome gledajući kroz obični mikroskop. Wilhelm Ostwald, jedan od vođa anti-atomske škole, kasnije se povjerio Arnoldu Sommerfeldu da se njegova sumnja u atome preobratila u vjerovanje zahvaljujući Einsteinovom potpunom objašnjenju Brownovog gibanja. Brownovo gibanje bilo je također objašnjeno i od strane Louisa Bacheliera 1900. godine.

Einsteinov treći rad iz ove godine, "O elektrodinamici pokretnih tijela" ("Zur Elektrodynamik bewegter Körper"), bio je objavljen u lipnju 1905. Ovaj rad predstavlja uvod u posebnu teoriju relativnosti, kao teoriju vremena, prostora, mase i energije, koja je u suglasnosti s teorijom elektromagnetizma, ali ne opisuje pojavu gravitacije. Dok je razvijao ovaj svoj članak, Einstein je o njemu pisao Milevi kao o „našem radu o relativnom kretanju“, i ovo je navelo neke da pretpostave da je i Mileva imala svoju ulogu u stvaranju ovog čuvenog znanstvenog rada.

Nekolicina povjesničara znanosti vjeruje da su i Einstein i njegova žena oboje bili upoznati s time da je čuveni francuski matematičar i fizičar Henri Poincaré bio već objavio relativističke jednadžbe, par tjedana prije nego što je Einstein prijavio svoj rad za objavljivanje. Ali, mnogi vjeruju da je njihov rad neovisan i da se razlikuje od Poincaréovog rada u mnogo prelomnih trenutaka, naime, u pogledu „Etera“, Einstein negira postojanje etera, dok ga Poincaré smatra suvišnim. Slično tome, još uvijek je diskutabilno je li je on znao za rad Hendrika Antoona Lorentza iz 1904., koji sadrži u sebi veći dio jednadžbi ove teorije i na koga se Poincaré poziva u svom radu. Većina povjesničara, međutim, vjeruje da se ajnštajnovska relativnost razlikuje na mnogo ključnih načina od drugih teorija relativnosti koje su kružile u to vrijeme, i da mnoga pitanja u vezi s prioritetom ovog otkrića izrastaju iz obmanjive slike Einsteina kao genija koji je radio u potpunoj izolaciji.^[10] Mada je sigurno da je Einstein diskutirao o fizici s Milevom, ne postoje solidni dokazi o tome da je ona učinila neki značajan doprinos njegovom radu.

U četvrtom radu, "Ovisi li inercija tijela o njegovom energetskom sadržaju?" ("Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?"), objavljenom krajem 1905., on pokazuje da je iz relativističkih aksioma moguće izvesti čuvenu jednakost koja izražava ekvivalenciju između mase i energije. Energetski ekvivalent (E) nekog iznosa mase (m) jednak je masi pomnoženoj s kvadratom brzine svjetlosti (c):

Međutim, Poincaré je bio prvi koji je objavio ovu “energetsku jednakost” 1900. godine, u neznatno drugačijoj formi, naime kao:

Godine 1906., Einstein je promoviran u zvanje tehničkog ispitivača druge klase. Godine 1908., dobio je licencu za rad u Bernu, Švicarska, kao Privatdozent (neplaćeni nastavnik na sveučilištu). Tijekom tog vremena, Einstein opisuje zašto je nebo plavo u svome radu o pojavi kritične opalescencije, koji pokazuje kumulativne efekte rasipanja svjetlosti na pojedinačnim molekulama u atomosferi.

Godine 1911., Einstein postaje najprije vanredni profesor na Sveučilištu u Zürichu, a ubrzo poslije toga i redovni profesor na njemačkoj govorničkoj sekciji Karlovog sveučilišta u Pragu. Dok je bio u Pragu, Einstein objavljuje rad u kojem poziva astronome da provjere dva predviđanja njegove opće teorije relativnosti koja je još u razvoju, a radi se o savijanju svijetlosti u gravitaciijskom polju, mjerljivom za vrijeme pomrčine Sunca, i o gravitaciijskom crvenom pomaku sunčevih spektralnih linija u odnosu na odgovarajuće spektralne linije proizvedene na površini Zemlje. Mladi njemački astronom Erwin Freundlich, započinje suradnju s Einsteinom i obavještava druge astronome širom svijeta u vezi o ovim Einsteinovim astronomskim provjerama.

Godine 1912., Einstein se vraća u Zürich u namjeri da postane redovni profesor na ETH Zürich. U to vrijeme, on tijesno surađuje s matematičarom Marcelom Grossmannom, koji ga upoznaje s Riemannnovom geometrijom. Godine 1912., Einstein počinje vrijeme nazivati četvrtom dimenzijom (ma da je H.G. Wells uradio to isto ranije, u svome djelu “Vremenplov” iz 1895. godine) Godine 1914., odmah pred početak Prvog svjetskog rata, Einstein se nastanjuje u Berlinu kao profesor na lokalnom sveučilištu i postaje član Pruske akademije znanosti. Tada uzima i prusko (njemačko) državljanstvo. Od 1914. do 1933., obavlja funkciju direktora Instituta za fiziku Kaiser Wilhelm u Berlinu.

Također zadržava mjesto vanrednog profesora na Sveučilištu u Leidenu od 1920. do 1946., gdje redovno održava gostujuća predavanja. Godine 1917., Einstein objavljuje rad "O Kvantnoj mehanici zračenja" ("Zur Quantentheorie der Strahlung", Physkalische Zeitschrift 18, str. 121–128). Ovim člankom uvodi se koncept stimulirane emisije, fizičkog principa koji omogućava pojačavanje svjetlosti u laseru. Također, iste godine, objavljuje i rad u kojem koristi opću teoriju relativnosti da bi izgradio model cijelog svemira, pripremajući tako pozornicu za nastupanje moderne fizikalne kozmologije. U tom radu on uvodi i poznatu kozmološku konstantu, koju je kasnije, u jednom razgovoru nazvao “najvećom pogreškom u njegovom životu” (“the biggest blunder of his life”).

U studenom 1915., Einstein je održao niz predavanja pred Pruskom akademijom znanosti na kojima je predstavio novu teoriju gravitacije, poznatu kao opća teorija relativnosti. Posljednje predavanje završava se njegovim uvođenjem jednadžbi koje zamjenjuju Newtonov zakon gravitacije i nazivaju se Einsteinove jednadžbe polja. David Hilbert je, zapravo, objavio jednadžbe polja u članku koji je datiran pet dana prije Einsteinovih predavanja. Ali prema Thorneu (117 - 118), Hilbert je otkrio ispravne jednadžbe tek poslije “premišljanja nad stvarima koje je naučio” tijekom nedavnog Einsteinovog posjeta Göttingenu. Thorn ide i dalje pa kaže:

Ova teorija sve promatrače smatra ekvivalentnim, a ne samo one koji se kreću ravnomjerno, odnosno stalnom brzinom. U općoj relativnosti gravitacija nije više sila (kao što je to kod Newtona) nego je posljedica zakrivljenosti prostor-vremena.

Einsteinovi objavljeni radovi iz opće relativnosti za vrijeme rata nisu bili dostupni nigdje izvan Njemačke. Vijesti o Einsteinovoj novoj teoriji stigle su do astronoma s engleskog govornog područja u Engleskoj i Americi preko nizozemskih fizičara Hendrika Antoona Lorentza i Paula Ehrenfesta kao i njihovog kolege Willema de Sittera, ravnatelja Leidenskog sveučilišta. Englez Arthur Stanley Eddington, koji je bio tajnik Kraljevskog astronomskog društva, zatražio je od de Sittera da u korist njegovih astronoma napiše seriju članaka na engleskom. On je bio fasciniran novom teorijom i postao je vodeći pobornik i popularizator teorije relativnosti.

Većini astronoma nije se sviđala Einsteinova geometrizacija gravitacije i smatrali su da njegova predviđanja pojava savijanja svjetlosti i gravitacijskog crvenog pomaka ne mogu biti točna. Godine 1917., astronomi observatorija Mt. Wilson u južnoj Kaliforniji objavili su rezultate spektroskopskih analiza sunčevog spektra koje su, činilo se, ukazivale na to da nema nikakvog gravitacijskog crvenog pomaka u sunčevoj svjetlosti.Godine 1918., astronomi observatorija Lick u sjevernoj Kaliforniji načinili su fotografije pomrčine sunca vidljive u Sjedinjenim Državama. Nakon završetka rata, oni su proglasili svoje nalaze tvrdeći da su Einsteinova opće-relativistička predviđanja o savijanju svjetlosti pogrešna, ali nisu nikada objavili njihove rezultate, pravdajući to mogućim velikim greškama pri mjerenju.

U svibnju 1919., tijekom britanskih promatranja pomrčina Sunca napravljenih u Brazilu kao i na otoku Príncipe, na zapadnoj obali Afrike, Arthur Stanley Eddington je nadgledao mjerenje savijanja svjetlosti zvijezda prilikom njenog prolaska u blizini Sunca, što rezultira u prividnom pomicanju položaja promatranih zvijezda dalje od Sunca. Ovaj je fenomen nazvan efekt gravitacijske leće i u ovom je slučaju opaženo pomicanje položaja zvijezda bilo dvostruko veće nego što je bilo predviđeno klasičnom mehanikom. Ova opažanja slagala su se s predviđanjima proisteklim iz Einsteinovih jednadžbi polja iz opće teorije relativnosti. Eddington je objavio da rezultati potvrđuju Einsteinovo predviđanje i časopis The Times izvjestio je o ovoj potvrdi Einsteinove teorije 7. studenog iste godine, pod naslovom "Revolucija u znanosti – Nova teorija svemira – Njutnovske ideje su odbačene". Nobelovac Max Born je izrazio svoje poglede o općoj relativnosti rekavši da je ona "najveći podvig ljudskog razmišljanja o prirodi"; njegov kolega Nobelovac Paul Dirac nazvao je to "vjerojatno najvećim znanstvenim otkrićem ikada učinjenim".Ovi komentari i rezultujući publicitet zacementirali su Einsteinovu slavu. On je postao svjetski slavan, što je i danas neuobičajeno dostignuće za jednog znanstvenika.

Službeni portret Alberta Einsteina iz 1921. povodom dodjele Nobelove nagrade.

Mnogi znanstvenici još uvijek nisu uvjereni u sve to zbog raznoraznih razloga, počevši od onih znanstvenih (neslaganje s Einsteinovim tumačenjem eksperimenata, vjerovanje u Eter ili u to da je apsolutni sustav referencije neophodan) pa sve do psiho-socijalnih (konzervativizam, antisemitizam). Prema Einsteinovom gledištu, većina primedbi dolazila je od praktičara koji su imali vrlo malo razumijevanja teorije koja je u to uključena. Einsteinova popularnost u javnosti, koja je nastupila poslije članka iz 1919., stvorila je ozlojađenost kod tih znanstvenika, a kod nekih se ova ozlojađenost zadržala i tijekom 1930-ih godina.

Dana 30. ožujka 1921., Einstein odlazi u New York da održi predavanja o svojoj novoj teoriji relativnosti, a iste godine on će biti nagrađen i Nobelovom nagradom za fiziku. Mada je on tada, ali i sada, najslavniji po svome radu na relativnosti, Nobelova nagrada mu je dodeljena za raniji rad kojim je objasnio fotoelektrični efekt (kojeg je već prije uočio Heinrich Hertz), jer je njegova opća relativnost još uvijek bila predmet debate. Nobelov komitet je, dakle, donio odluku da navodeći njegov najmanje osporavani rad prilikom dodijele nagrade, učine to prihvatljivijim za znanstvenu zajednicu.