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.