Fenomenul conform căruia o suprafață (de obicei metale alcaline), atunci când este expusă la radiații electromagnetice (lumină vizibilă), emite electroni, a fost descoperit de Hertz și Hallwachs în 1887 în timpul unor experimente cu un generator de scântei. Hertz a constatat că sensibilitatea dispozitivului său cu scânteie poate fi crescută prin expunerea la lumină vizibilă sau ultravioletă și că lumina avea în mod evident un anumit efect electric. El nu a continuat să investigheze acest efect.La scurt timp după descoperirea lui Hertz, în 1899, fizicianul englez J.J.Thomson a demonstrat că lumina ultravioletă, care cade pe o suprafață metalică, declanșează emisia de electroni de pe suprafața respectivă. În 1902, fizicianul maghiar Philipp Lenard a realizat primele măsurători cantitative ale efectului fotoelectric. El a observat că energia electronilor individuali emiși creștea odată cu frecvența luminii (care este legată de culoare).

Chiar dacă acest lucru este interesant, este greu de explicat de teoria clasică a radiației electromagnetice care presupunea existența unui mediu staționar (eterul luminifer) prin care se propaga lumina. Investigațiile ulterioare asupra efectului fotoelectric au ca rezultat faptul că aceste explorări nu se potriveau cu teoria clasică a radiației electromagnetice. în 1905, Albert Einstein a publicat patru lucrări revoluționare privind efectul fotoelectric, mișcarea browniană, relativitatea specială și echivalența dintre masă și energie. Aceste lucrări au fost publicate în revista Annalen der Physik și au contribuit semnificativ la fundamentarea fizicii moderne. În lucrarea privind efectul fotoelectric („On a Heuristic Viewpoint Concerning the Production and Transformation of Light”) a rezolvat paradoxul prin descrierea luminii ca fiind compusă din cuante discrete (în germană: das Lichtquant), mai degrabă decât din unde continue.Această teorie a fost construită pe baza teoriei radiației corpului negru a lui Max Planck, care presupune că energia luminoasă poate fi absorbită sau emisă doar în cantități discrete, numite cuante. Energia fotonului din fiecare cuantă de lumină este egală cu frecvența sa (ν) înmulțită cu o constantă cunoscută sub numele de constanta lui Planck (h) sau, alternativ, folosind lungimea de undă (λ) și viteza luminii (c):

E=hc/λ=hν

Care foton peste o frecvență de prag (specifică pentru fiecare material) are energia necesară pentru a ejecta un singur electron, creând efectul observat. Teoria lui Einstein prezice că energia cinetică maximă a electronului emis depinde doar de frecvența luminii incidente și nu de intensitatea acesteia. Aruncând de două ori mai multă lumină (intensitate mare) rezultă de două ori mai mulți fotoni și mai mulți electroni eliberați, dar energia cinetică maximă a acestor electroni individuali rămâne aceeași. Experimentarea efectului fotoelectric a fost realizată pe scară largă de Robert Millikan în 1915, Robert Millikan a demonstrat că predicția lui Einstein era corectă. Această descoperire a contribuit la revoluția cuantică în fizică și i-a adus lui Einstein Premiul Nobel pentru Fizică în 1921.

.