1905年，爱因斯坦完成了六篇论文：

《关于光的产生和转化的一个试探性观点》、

《分子大小的新测定方法》、

《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》、

《论动体的电动力学》、

《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》、

《布朗运动的一些检视》。

论文均发表在《物理年鉴》上。而正是这些论文为物理学革命吹响了冲锋号。因此这一年被称为“爱因斯坦奇迹年”。100年后的2005年也因此被定为“世界物理年”。

3月17日完成《关于光的产生和转化的一个启发性观点》（Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt，发表在《物理年鉴》上），认为光即具有波动性也具有粒子性，是波动和粒子的统一，光的能量是量子化的，它只能整个地被吸收或产生出来。应用光量子理论，爱因斯坦成功地解释了光电效应。光量子理论把1900年普朗克创立的量子论大大推进一步，揭示了微观世界的基本特征：波粒二象性，为玻尔的原子理论和德布罗意物质波理论的建立奠定了基础。而光的波粒二象性也为唯物辨证法提供了坚实的自然科学论据。因为这篇论文爱因斯坦获得1921年诺贝尔物理学奖金。

4月，向苏黎世大学提交学位论文《分子大小的新测定方法》（Eine neue bestimmung der moleküldimensionen），取得了博士学位，这篇论文他是题献给好友格罗斯曼的。 1906年发表在《物理年鉴》上。

5月11日完成了《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》 （发表在《物理年鉴》上，Uber Die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen）。这是一篇关于布朗运动研究的论文，指出微粒的运动是液体分子对微粒碰撞一种剩余涨落，证实了分子和原子的真实性。

另外在5月还完成了论文《布朗运动的一些检视》（Zur theorie der brownschen bewegung，发表在《物理年鉴》上），进一步充实了关于布朗运动的研究。

 
1905年6完成《论动体的电动力学》（Zur elektrodynamik bewegter Körper，发表在《物理年鉴》上）。这是一篇物理学中有划时代意义的文献。提出了狭义相对性理论，解开了“以太”之谜，彻底抛弃了绝对时空观。

1905年9月完成《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》（Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig? 发表在《物理年鉴》上），这是一篇关于狭义相对论应用的补充性论文。文中指出“物体的质量可以度量其能量”，随后导出了E = mc2的公式，为核能的应用奠定了理论基础。

这六篇论文，分别在三个领域里取得了突破性的成就：物质结构原子论、量子理论和狭义相对论。正如爱因斯坦自己说的：“为什么总是在相对论上费口舌，我还做了其它的许多事情”。而且，爱因斯坦的贡献远远不止在物理学上。

引力使光线弯曲是1915年爱因斯坦发表的广义相对论的理论结果。广义相对论是狭义相对论在非惯性系下的推广，它包括广义协变原理、等效性原理、时空弯曲理论和引力理论，并给出了光谱线引力红移、引力场使光线偏转和水星近日点的进动为每一百年43秒等结论。实际上，在1911年他就发表了一篇名为《关于引力对光传播的影响》的论文。1915年提交的四篇论文标志着完整的广义相对论理论的建立。他于1915年11月在普鲁士科学院上作了发言，其内容正是著名的爱因斯坦引力场方程。这个方程描述了处于时空中的物质是如何影响其周围的时空几何，并成为了爱因斯坦的广义相对论的核心（Die Feldgleichungen der Gravitation, Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin. 1915: 844–847）

在这四篇论文中，他提出了新的看法，证明了水星近日点的进动，并给出了正确的引力场方程。至此，广义相对论的基本问题都解决了，广义相对论诞生了。

1916年，爱因斯坦完成了长篇论文《广义相对论的基础》，（Die grundlage der allgemeinen relativitätstheorie， Annalen der Physik. 1916, 49）。在这篇文章中，爱因斯坦首先将以前适用于惯性系的相对论称为狭义相对论，将只对于惯性系物理规律同样成立的原理称为狭义相对性原理，并进一步表述了广义相对性原理：物理学的定律必须对于无论哪种方式运动着的参照系都成立。

爱因斯坦的广义相对论认为，由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲，而引力场实际上是一个弯曲的时空。爱因斯坦用太阳引力使空间弯曲的理论，很好地解释了水星近日点进动中一直无法解释的43秒。广义相对论的第二大预言是引力红移，即在强引力场中光谱向红端移动，20年代，天文学家在天文观测中证实了这一点。广义相对论的第三大预言是引力场使光线偏转，。最靠近地球的大引力场是太阳引力场，爱因斯坦预言，遥远的星光如果掠过太阳表面将会发生一点七秒的偏转。1919年，在英国天文学家爱丁顿的鼓动下，英国派出了两支远征队分赴两地观察日全食，经过认真的研究得出最后的结论是：星光在太阳附近的确发生了一点七秒的偏转。英国皇家学会和皇家天文学会正式宣读了观测报告，确认广义相对论的结论是正确的。会上，著名物理学家、皇家学会会长汤姆孙说：“这是自从牛顿时代以来所取得的关于万有引力理论的最重大的成果”，“爱因斯坦的相对论是人类思想最伟大的成果之一”。爱因斯坦成了新闻人物.

1916年他预言了引力波的存在，该预言在1978年也得到了证实。1916年8月完成的《论辐射的量子性》一文中，爱因斯坦提出了受激辐射理论，成为激光的理论基础。 

1917年，发表的《根据广义相对论对宇宙所做的考察》（Kosmologische Betrachtungen zur allgemeinen Relativitätstheorie, Sitzungsberichte der Preußischen Akademie der Wissenschaften. 1917: 142）被认为是现代宇宙学的开创性论文。论文以科学论据推论宇宙在空间上是有限无边的，这在人类历史上是一个大胆的创举，使宇宙学摆脱了纯粹猜想的思辨，进入现代科学领域。

1921年，由于爱因斯坦在光电效应方面的研究，被授予1921年诺贝尔物理学奖。在瑞典科学院的公告中并未提及相对论，原因是认为相对论还有争议。