Yüzyıl
dönemecinde bilimsel gelişmeler, köktenci varsayımlara gebeydi ve bunların birer
birer ortaya çıkmasıyla, ivme kazanacaktı. Işığın maddeyle etkileşimi alanındaki
çalışmalar kuantum mekaniğine yol açacak ve atomun yapısı probleminin çözümüyle
sonuçlanacaktı. Nitekim 1901 yılında Max Planck, sıcak cisimlerin ışımasını incelerken,
enerjinin sürekli olarak değil de, sıçramalar halinde değiştiği düşüncesini kullandı.
Enerjinin sürekli bir akış içerisinde olmayıp, 'kuanta' denilen bölünmez birimler
halinde taşındığı anlamına gelen bu varsayım, 'siyah cisim ışıması'nı betimleyen
Planck Yasası'nı başarıyla türetmesini sağladı. Ancak 'kuantum varsayımı'nın henüz
deneysel bir desteği yoktu. Öngördüğü kuantum birimi Planck sabiti (h) olarak
anılmaya başlandı. Genel kabul görmemekle beraber, en azından Albert Einstein
tarafından ciddiye alınmıştı.
1903
yılında Japon fizikçi Hantaro Nagaoka, atomun Satürn modelini önerdi. Bu modele
göre elektronlar, artı yüklü bir parçacık etrafında ve aynı düzlem üzerindeki
dairesel yörüngelerde dolaşıyordu. Ertesi yıl Richard W.H. Abegg, asal gazların
kararlı bir elektron yapısına sahip olduklarını ve onların kimyasal pasifliğine,
bu kararlılığın neden olduğunu keşfetti. 1905 yılında ise, Einstein fotoelektrik
olayını, Planck'ın kuantum varsayımından hareketle ele almıştı. Işığın enerjisini
taşıyan ve parçacık gibi davranan bir unsurun varlığını öneren çalışmasıyla, bu
olayın ardında yatan fiziği açıkladı. 'Kuantum mekaniği' doğmuş ve ışığın 'dalga-parçacık
ikili davranışı'ndan söz edilmeye başlanmıştı. Aynı yıl 'Özel Relativite Kuramı'nı
yayınlayarak, enerji ve kütlenin eşdeğerliğini ortaya koydu. 20. Yüzyıl fiziğinde
devrim yaratan bu çalışmasını sadece, fizik yasalarının ve ışık hızının tüm referans
sistemlerinde aynı olduğu şeklindeki iki varsayımdan hareketle geliştirmişti.