1902年，愛因斯坦登了一則廣告，招收聽物理學的學生。在伯爾尼大學學哲學的索洛文找到愛因斯坦。他們一見如此，談起哲學、物理學，是那樣投機，早把教課、掙錢的事一古腦兒忘了。
以後每天晚上，他們都聚在一起，讀書、討論和研究。後來另外兩個年青人哈比希特和貝索也加入進來。他們輪流到各人家裏聚會，有時也到一家叫奧林匹亞的小咖啡館聚會，因此，開玩笑地把他們這個小團體叫奧林匹亞研究院，“院長”自然是學識超人的愛因斯坦。
他們的活動往往從吃晚飯開始，一邊吃著簡單的食品，一邊就開始閑談馬赫、斯賓諾沙、黎曼、彭加勒的著作，哲學、數學、物理學、文學無所不包。有時，一本書剛念不到一頁，就展開了熱烈的討論。愛因斯坦討論起來是那樣專注，有一次朋友們為他準備了他早就想吃的魚子醬，愛因斯坦一邊吃，一邊大談牛頓的慣性定律，魚子醬吃完了，同伴們問他剛才吃的是什麼，愛因斯坦回答：“不知道呀。”當別人告訴他那是魚子醬時，愛因斯坦好惋惜呀，連味都沒有品出來。
這樣的活動持續了三年半。正是這種不同思想的碰撞、共振，引發出一係列創造性思維的火花，愛因斯坦的許多科學思想，都是在奧林匹亞研究院孕育和形成的。
那時，愛因斯坦已在伯爾尼專利局擔任三級技術員。對付專利局的工作，愛因斯坦的才能綽綽有餘，他有許多時間可以馳騁在他所喜愛的物理學天地中。在伯爾尼的歲月，是愛因斯坦科學生涯中最富有創造性，成果也最多的幾年。就在1905年3月到9月的短短半年中，愛因斯坦在量子論、分子運動論、相對論三個領域齊頭並進，同時取得了重大突破。
3月，他提出了光量子論，闡明了光電效應的理論，愛因斯坦1921年就是因此而獲得諾貝爾物理獎。
4月，發表《分子大小的測定方法》，5月完成了布朗運動理論的研究，從理論上解釋了布朗運動，提出測定分子大小的新方法。
6月，發表《論動體的電動力學》，正是這篇不到9000字的論文，宣告了狹義相對論的誕生。
9月，提出質能轉換公式，為40年後的原子能的利用開辟了道路。
他的學生蘭佐斯評論說，愛因斯坦一生理應獲得5個諾貝爾獎，指的就是以上4項成果再加廣義相對論。在這些成就中，影響最大的還是相對論。
創立狹義相對論
愛因斯坦建立狹義相對論依據了兩個基本原理，一是相對性原理，即在任何慣性參考係中，所有的自然規律都相同；二是光速不變原理。
早在17世紀，伽利略就發現了相對性原理。比如，在一個勻速行駛的火車上向上拋出一個小球，小球將垂直落地，與在地麵上向空中拋出一個小球的情況一樣，也就是說在沒有受到外力作用的慣性係中，所有的力學定律都相同。伽利略還提出了伽利略變換，通過這一變換，不同慣性係描寫力學規律的方程式都具有相同形式。
可是，電磁學的發展向相對性原理發出了挑戰，描寫電磁運動的麥克斯韋方程，用伽利略變換去套，不再保持不變的形式。結論隻能是麥克斯韋方程隻適合於靜止的以太坐標係。
電磁學的實驗事實與經典物理學的矛盾也深深困惑著愛因斯坦，難道真的存在一個特殊優越的以太坐標係嗎？難道相對性原理對電磁規律就不普遍適用了嗎？愛因斯坦的哲學思想使他堅信，世界不是雜亂無章的，而是簡單的、和諧的、有規律的，應該可以找到一些規律，對世界加以統一的描寫。
愛因斯坦綜觀了當時有關以太和光速測定的實驗，毅然否定了以太這個特殊優越坐標係的存在，確認相對性原理不僅對力學規律，而且對任何自然規律，包括電磁規律也是適用的，這就是狹義相對論的第一個原理。
但是，要確定電磁規律滿足相對性原理，就必須引出光速不變的原理，即光在真空中傳播的速度與光源的速度無關，與觀察者的速度也無關。這顯然和經典力學相矛盾。在經典力學中，一個人站在以速度V0行駛的火車上，向著列車行進的方向開槍，子彈速度為V，那麼地麵上觀察者看到的速度應是V0＋V。何以解釋光速與光源速度無關呢？這成了橫在愛因斯坦前的一大難關，使他大傷腦筋。
1905年暮春的一個夜晚，愛因斯坦正躺在床上，突然一個思想閃過他的腦海：“對於一個觀測者來說是同時發生的事件，對另一個觀測者不見得是同時。”他一骨碌從床上爬起來，抓住這個靈感不放，終於找到了解決問題的鑰匙，那就是時間的相對性。
愛因斯坦設想了這樣一個實驗，有一列勻速行駛的火車開進車站，當車頭A′和車尾B′分別通過A柱和B柱時，有兩道閃電擊中了A柱和車頭A′，B柱和車尾B′。那麼怎麼知道這兩個閃電是不是同時發生的呢？如果站在AB（或A′B′）的中點，同時看到從A和B（或A′和B′）傳來的光信號，那麼這兩道閃電就是同時發生的。對於站在站台AB中間的鐵路工人來說，他看到兩個光信號同時到達中點，因此，他說這兩道閃電是同時發生的。可是對坐在火車中點的乘客來說，由於火車是從B開向A的，那麼他將先看到A′閃電的光，後看到B′閃電的光，假如火車是以光速前進的話，那麼他將永遠也看不到B′閃電，因為B′閃電發出的光永遠也追不上乘客。對乘客來說，這兩個閃電不是同時發生的。我們把這個火車叫愛因斯坦火車。