奇怪的光電效應，在很長一段時期裏，是一個使人們困惑不解的難題。因為，按照光的波動理論來解釋，金屬表麵層的電子必須由入射光那裏得到足夠的能量，才能從金屬表麵脫出來；而光的能量大小是由光強度決定的，光的強度大小又是由光波的振幅決定的，與光波的頻率毫無關係。如此看來，隻要入射光強度足夠大，或者照射時間足夠長，不管其頻率如何，總能夠給金屬表麵電子提供足夠的能量，使之克服原子引力而脫出表麵來，即產生光電效應。顯而易見，這種解釋同前述是矛盾的。而且，實驗表明，如果入射光頻率比某極限頻率低，即使這種入射光很強，照射時間足夠長，也不能從金屬中激發出電子來；反之，如果入射光頻率比某極限頻率高，即使這種入射光很弱，照射時間很短，也能將其能量迅速集中起來而給予電子，使電子從金屬表麵飛出來。這一切，都是經典的波動理論所無法作出圓滿的回答。因此，物理學家們不得不去探索新途徑。
1900年，德國物理學家普朗克在研究電磁輻射的能量分布時，發現經典理論在實驗事實麵前的無能，創造性地提出了一個“量子”理論，並用它解釋了電磁現象。他指出：電磁波的發射和吸收不是連續的，而是一份一份地成量子的狀態進行的，每一份就是一個能量子，每一份能量都是一個常數的整數倍。
經計算證明，普朗克理論同實驗結果完全相符。普朗克理論突破了物理學所麵臨的困境，為量子力學和光子學的研究和發展開辟了一條新路。普朗克提出的“電磁波以能量子形式傳播”，是一個嶄新的概念，是對物理學的一大貢獻，為了紀念他，人們就將普適恒量稱為普朗克常數。
1905年，愛因斯坦推廣了普朗克的輻射能量子概念，很好地闡述了光電效應。他指出：光在傳播過程中，具有波動的特性；光在發射和吸收的過程中，卻有類似粒子的性質。光本身隻能一份一份地發射，一份一份地吸收，也就是說，發射和吸收的能量都是光的某一最小能量的整數倍，這最小的一份能量稱為光量子，簡稱為光子。
按照光子概念，當光子入射到金屬表麵時，光子的能量全部為金屬中的電子吸收，電子將得來的能量一部分用於掙脫金屬對它的束縛，即作脫出功，餘下的一部分就變成電子離開金屬表麵後的動能了。根據能量守恒和轉換定律，這就是愛因斯坦光電效應方程式。其中，光電子的最大初動能，光電子離開金屬表麵所作的脫出功。這就表明了光電子動能同照射光頻率、脫出功之間的關係。
電子要從金屬表麵脫離出來，就必須克服金屬原子的引力，作一定數量的脫出功。對於不同的金屬來說，電子從這種金屬的表麵脫出時，克服原子引力所作的功是不同的。不同頻率的光照射，其光子能量也各不相同，射到金屬表麵上時，可以被金屬中的某個電子所立即“吃掉”，而不需要將能量累積起來，故極其迅速地轉化為電子動能。如果照射光的光子的能量足夠大，則電子“吃飽吃夠”之後動能也足夠大，大到能夠克服這種金屬內部原子對它的引力，那麼，此時電子就可以離開該金屬表麵而逃脫出來，成為光電子，這就是光電效應發生之原因。如果金屬表麵的電子接受了光子的能量，除克服該金屬內部原子對它們引力之外，還綽綽有餘，即表現為脫出金屬表麵後還有初動能。如果電子接受光子的能量太少，甚至連金屬表麵層電子也不足以克服引力而脫出，那麼，照射光的頻率必定小於該金屬的極限頻率，在這種情況下，電子吸收光子的能量之後，可能向各個方向運動，有的向金屬內部運動而去，這些電子肯定是不會脫出金屬表麵來的；而從金屬內部向表麵運動的電子，由於其經過的路徑和相互作用所造成的能量損失各不相同，脫出表麵時的初動能也就各不相同；隻有金屬表麵上的電子，吸收光子的能量之後，直接脫離金屬表麵而成為光電子，才具有最大初動能。這些直接從金屬表麵脫出的光電子克服原子引力而作功，即為脫出功，此功是因各種金屬原子結構、引力差異而各不相同的，也就是說，對於不同的金屬，脫出功的大小也不同。