多重要的贡献，给予狭义相对论更踏实的数学基础，帮助解释这理论的正确性，使许多仍旧持有怀疑态度的物理学家能够心服口服。1914年他与莱昂·布里渊共同研究电磁波的传播于色散介质。他也是量子力学的开山祖师之一。他提出的索末菲模型，是波耳模型的推广。他发现了精细结构常数，是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的无因次度量。他写了一本关于原子理论的书，《Atombau und Spektrallinien》。这本书成为新一代物理学家学习原子理论的必读书。索末菲又将他的课堂讲义整理编辑，发表为一套六集的书籍，《理论物理学讲义