Greta savo pagrindinės tarnybos jis tyrinėjo fizikos problemas ir 1905 m. išspausdino keletą straipsnių, kuriuose suformulavo specialiąją reliatyvumo teoriją, paaiškino fotoelektrinį efektą, Brauno judėjimą bei paskelbė žymiąją energijos lygtį kurioje energija E lygi m (masei), padaugintai iš šviesos greičio (c) kvadrato. Ši lygtis rodo, koks didžiulis energijos kiekis gali išsiskirti suskaldžius atomo branduolį. Tai buvo pritaikyta kuriant atominę bombą. Nuo 1946 m. Einšteinas priešinosi atominių ginklų kūrimui.