valmistumisesta tieteellisten teorioiden ”ihmevuoteen”

valmistumisen jälkeen vuonna 1900 Einstein kohtasi yhden elämänsä suurimmista kriiseistä. Koska hän opiskeli edistyneitä aineita omin päin, hän usein karsi luokkia; tämä sai hänet vihamielisyys joidenkin professorien, erityisesti Heinrich Weber. Valitettavasti Einstein pyysi Weberiltä suosituskirjettä. Einstein oli myöhemmin kääntyi alas jokainen akateeminen kanta, että hän soveltaa. Myöhemmin hän kirjoitti,

olisin huomannut kauan sitten, jos Weber ei olisi pelannut epärehellistä peliä kanssani.

samaan aikaan Einsteinin suhde Mariciin syveni, mutta hänen vanhempansa vastustivat suhdetta kiivaasti. Hänen äitinsä vastusti erityisesti hänen serbitaustaansa (Maricin perhe oli ortodoksikristitty). Einstein kuitenkin uhmasi vanhempiaan, ja tammikuussa 1902 hän ja Maric saivat jopa lapsen, Lieserlin, jonka kohtalosta ei ole tietoa. (Yleisesti ajatellaan, että hän kuoli tulirokkoon tai hänet annettiin adoptoitavaksi.)

vuonna 1902 Einstein saavutti ehkä elämänsä alimman pisteen. Hän ei voinut mennä naimisiin Maricin kanssa ja elättää perhettä ilman työtä, ja hänen isänsä yritys meni konkurssiin. Epätoivoisena ja työttömänä Einstein otti vaatimattomia töitä opettaakseen lapsia, mutta hän sai potkut näissäkin töissä.

käännekohta tuli myöhemmin samana vuonna, kun hänen elinikäisen ystävänsä Marcel Grossmannin isä saattoi suositella häntä virkaan Sveitsin patenttivirastoon Berniin. Noihin aikoihin Einsteinin isä sairastui vakavasti ja antoi juuri ennen kuolemaansa siunauksensa pojalleen mennä naimisiin Maricin kanssa. Vuosia, Einstein kokisi suunnatonta surua muistaessaan, että hänen isänsä oli kuollut luullen häntä epäonnistujaksi.

pienillä mutta vakailla tuloilla Einstein tunsi ensimmäistä kertaa olevansa tarpeeksi luottavainen mennäkseen naimisiin Maricin kanssa, minkä hän tekikin 6.tammikuuta 1903. Heidän lapsensa Hans Albert ja Eduard syntyivät Bernissä vuosina 1904 ja 1910. Jälkikäteen ajateltuna Einsteinin työ patenttitoimistossa oli siunaus. Hän sai nopeasti valmiiksi patenttihakemusten analysoinnin, jolloin hänelle jäi aikaa haaveilla näystä, joka oli riivannut häntä 16-vuotiaasta lähtien: mitä tapahtuisi, jos ajaisit valonsäteen rinnalla? Vaikka polytechnic school hän oli opiskellut Maxwell n yhtälöt, jotka kuvaavat luonnetta valon, ja löysi se tuntematon James Clerk Maxwell itse—nimittäin, että nopeus valon pysyy samana riippumatta siitä, kuinka nopeasti yksi liikkuu. Tämä kuitenkin rikkoo Newtonin liikelakeja, koska Isaac Newtonin teoriassa ei ole absoluuttista nopeutta. Tämä oivallus sai Einsteinin muotoilemaan suhteellisuusteorian periaatteen: ”valonnopeus on vakio missä tahansa inertiaalikehyksessä (jatkuvasti liikkuvassa kehyksessä).”

vuoden 1905 aikana, jota usein kutsutaan Einsteinin ”ihmevuodeksi”, hän julkaisi Annalen der Physik-lehdessä neljä tutkielmaa, joista jokainen muuttaisi modernin fysiikan kulkua:

• 1. ”Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt” (”heuristisesta näkökulmasta valon tuottamisesta ja muuntumisesta”), jossa Einstein sovelsi kvanttiteoriaa valoon selittääkseen valosähköisen ilmiön. Jos valoa esiintyy pienissä paketeissa (joita myöhemmin kutsutaan fotoneiksi), sen pitäisi tyrmätä metallissa olevat elektronit täsmällisesti.
• 2. ”Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen” (”Molekyylikineettisen Lämpöteorian vaatimien kiinteisiin nesteisiin ripustettujen pienten hiukkasten liikkeestä”), jossa Einstein esitti ensimmäisen kokeellisen todisteen atomien olemassaolosta. Analysoimalla Tyyneen veteen ripustettujen pienten hiukkasten liikettä, jota kutsutaan Brownian liikkeeksi, hän pystyi laskemaan tönäisevien atomien koon ja Avogadron luvun (katso Avogadron laki).
• 3. ”Zur Elektrodynamik bewegter Körper” (”liikkuvien kappaleiden Elektrodynamiikasta”), jossa Einstein esitti erityisen suhteellisuusteorian matemaattisen teorian.
• 4. ”Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?”(”Riippuuko kappaleen hitaus sen energiasisällöstä?”), joka esitettiin lähes jälkioppina, joka osoitti suhteellisuusteorian johtaneen yhtälöön E = mc2. Tämä antoi ensimmäisen mekanismin selittää auringon ja muiden tähtien energianlähde.

Einstein esitti myös paperin vuonna 1905 hänen tohtorin tutkinto.

muilla tiedemiehillä, erityisesti Henri Poincarélla ja Hendrik Lorentzilla, oli palasia erityisestä suhteellisuusteoriasta, mutta Einstein oli ensimmäinen, joka kokosi koko teorian yhteen ja ymmärsi, että se oli universaali luonnonlaki, ei kummallinen liike eetterissä, kuten Poincaré ja Lorentz olivat ajatelleet. (Eräässä yksityisessä kirjeessä Milevalle Einstein viittasi ”meidän teoriaamme”, mikä on saanut jotkut spekuloimaan, että hän oli suhteellisuusteorian perustajajäsen. Mileva oli kuitenkin hylännyt fysiikan reputettuaan kahdesti graduate-kokeensa, eikä hänen osallistumisestaan suhteellisuusteorian kehittämiseen ole tietoa. Itse asiassa hänen 1905 paperi, Einstein vain luottojen hänen keskusteluja Besso kehittää suhteellisuusteoria.)

1800-luvulla fysiikassa oli kaksi pilaria: Newtonin liikelait ja Maxwellin valoteoria. Einstein oli yksin ymmärtäessään, että ne olivat ristiriidassa ja että yksi niistä on kaaduttava.