Den neste utviklingen i optisk teori kom i 1899 da Max Planck korrekt greide å lage en modell for varmestråling. Her gjør han den viktige antagelsen om at utvekslingen av energi mellom lys og materie bare skjer i diskrete mengder som han kalte . I 1905 publisert Albert Einstein teorien om fotoelektrisk effekt som sier at lyset selv kan kvantiseres. I 1913 viste Niels Bohr at atomene bare kunne avgi diskrete mengder energi, dermed kunne de diskrete linjer sett i emisjons- og absorpsjonsspekteret forklares. Forståelse av samspillet mellom lys og materie som fulgte av denne utviklingen dannet ikke bare grunnlaget for kvanteoptikk, men var også avgjørende for utvikling av kvantemekanikken som helhet. Den ultimate høydepunktet kom med teorien om kvanteelektrodynamikk, som forklarer alle optiske- og elektromagnetiske prosesser generelt som følge av utveksling av reelle og virtuell fotoner.