從1900到1904，愛因斯坦每年都會寫壹篇論文，發表在德國物理雜誌上。前兩篇是關於液面和電解的熱力學，試圖給化學壹個力學基礎。後來發現這條路走不通，轉而研究熱力學的力學基礎。1901中提出了統計力學的壹些基礎理論，從1902到1904的三篇論文都屬於這個領域。
1904的論文認真討論了統計力學預言的漲落現象，發現能量漲落依賴於玻爾茲曼常數。它不僅將這壹結果應用於力學系統和熱現象，還大膽地將其應用於輻射現象，得出輻射能漲落公式，從而推導出維恩位移定律。對漲落現象的研究使他在1905年無論是輻射理論還是分子運動理論都取得了重大突破。
從65438年到0905年，愛因斯坦創造了科學史上前所未有的奇跡。這壹年，他寫了六篇論文。從3月到9月的半年時間裏，他利用在專利局每天工作八小時之外的業余時間，在三個領域做出了四項劃時代的貢獻。他發表了關於光量子理論、分子尺寸測量、布朗運動理論和狹義相對論的四篇重要論文。
1905年3月，愛因斯坦把他認為正確的論文送到了德國《物理年刊》編輯部。他害羞地對編輯說:“如果妳能在妳的年度報告中為我找到發表這篇論文的空間，我將非常高興。”這篇“尷尬”的論文被稱為“關於光的產生和轉化的思辨觀點”。
本文將普朗克在1900年提出的量子概念推廣到光在空間的傳播，提出了光量子假說。認為:對於時間平均，光表現為波動；對於瞬時值，光顯示為粒子。這是歷史上第壹次揭示微觀物體的漲落與粒子的統壹性，即波粒二象性。1921年，愛因斯坦因“光電效應定律的發現”的成就獲得諾貝爾物理學獎。
三年後，法國物理學家佩蘭用精確的實驗證實了愛因斯坦的理論預測。從而無可非議地證明了原子和分子的客觀存在，這也使得最堅決反對原子論、能量論創始人的德國化學家奧斯特瓦爾德在1908主動宣布“原子假說已經成為壹種有堅實基礎的科學理論”。
1905年6月，愛因斯坦完成了開創物理學新紀元的長篇論文《論輸運體的電動力學》，完整地提出了狹義相對論。這是愛因斯坦在10年醞釀和探索的結果，很大程度上解決了19年底經典物理學的危機，改變了牛頓力學的時空觀，揭露了物質和能量的等價性，開創了壹個全新的物理學世界，是現代物理學領域最偉大的革命。
1905年9月，愛因斯坦寫了壹篇短文，物體的慣性和它所包含的能量有關嗎？“，作為相對論的壹個推論。質能等效是核物理和粒子物理的理論基礎，也為20世紀40年代核能的釋放和利用開辟了道路。狹義相對論建立後，愛因斯坦並不滿足，試圖將相對論原理的應用範圍擴大到非慣性系。他從伽利略發現萬有引力場中的物體加速度相同中找到了突破口，並在1907年提出了等效原理。
這壹年，他的大學老師、著名幾何學家閔可夫斯基提出了狹義相對論的四維空間表示，為相對論的進壹步發展提供了有用的數學工具。可惜愛因斯坦當時並沒有意識到它的價值。
等效原理的發現被愛因斯坦認為是他壹生中最快樂的思想，但他後來的工作非常辛苦，走了壹個大彎路。1911年，他分析了剛性旋轉圓盤，認識到引力場中的歐幾裏得幾何並不嚴格有效。同時發現洛侖茲變分不具有普適性，等效原理只在壹個無窮小的區域內有效。此時，愛因斯坦已經有了廣義相對論的思想，但他還缺乏必要的數學基礎來建立它。
1912年，愛因斯坦回到位於蘇黎世的母校工作。在他的同學、母校數學教授格羅斯曼的幫助下，他在黎曼幾何和張量分析中找到了建立廣義相對論的數學工具。經過壹年的艱苦合作，他們在1913發表了壹篇重要論文《廣義相對論與引力理論大綱》，提出了規範場引力理論。這是第壹次把重力和度規結合起來，使黎曼幾何有了真正的物理意義。
但是他們當時得到的引力場方程只是對於線性變換是協變的，在廣義相對論原理要求的任意坐標變換下是不具有協變的。這是因為愛因斯坦當時對張量運算並不熟悉，錯誤地認為只要遵守守恒定律，就要限制坐標系的選擇，為了保持因果性，就要放棄普適協變的要求。
1915到1917這三年，是愛因斯坦科學成就的第二個高峰，類似於1905，他也在三個不同的領域取得了歷史性的成就。除了被公認為人類思想史上最偉大的成就之壹的廣義相對論最終成立於1915。1916年在輻射量子中提出引力波理論，1917年開創現代宇宙學。
從1925到1955的30年間，除了量子力學、引力波和廣義相對論的運動的完備性，愛因斯坦幾乎把所有的科學創造精力都投入到了統壹場論的探索中。
1937年，他在兩位助手的配合下，從廣義相對論的引力場方程推導出運動方程，進壹步揭示了時空、物質和運動的統壹性，這是廣義相對論的壹個重大發展，也是愛因斯坦在科學創造活動中取得的最後壹個重大成果。
同樣的理論，他從來沒有成功過。他從不氣餒，總是充滿信心地從頭開始。因為他遠離當時物理學研究的主流，所以他壹個人去攻克當時無法解決的難題。所以和20年代的情況相反，他晚年在物理學界非常孤立。然而，他仍然無所畏懼，堅定不移地走自己的路。直到去世的前壹天，他還在病床上準備繼續他對統壹場論的數學計算。