Zjawisko fotoelektryczne, polegające na emisji elektronów z powierzchni metalu pod wpływem padającego promieniowania świetlnego, odgrywa unikalną rolę w historii nauki. Choć zostało zaobserwowane po raz pierwszy pod koniec XIX wieku przez Heinricha Hertza, fizyka klasyczna była całkowicie bezradna wobec jego prawidłowości. Zgodnie z dziewiętnastowieczną teorią falową światła, energia fali zależy od jej natężenia (jasności). Spodziewano się więc, że silniejsze, jaśniejsze światło będzie wybijać elektrony z większą energią. Eksperymenty pokazały jednak coś zupełnie przeciwnego: energia elektronów zależała wyłącznie od częstotliwości (koloru) światła.
Przełomu w zrozumieniu tego fenomenu dokonał Albert Einstein w 1905 roku, publikując artykuł, za który szesnaście lat później otrzymał Nagrodę Nobla. Einstein założył, że światło nie zachowuje się jak ciągła fala, lecz składa się z niepodzielnych porcji energii, zwanych kwantami lub fotonami. Kiedy foton uderza w atom metalu, oddaje całą swoją energię jednemu elektronowi w akcie zderzenia przypominającym zderzenie kul bilardowych. Jeśli energia fotonu (która zależy bezpośrednio od częstotliwości fali) jest większa niż siła wiążąca elektron w metalu (tzw. praca wyjścia), elektron zostaje uwolniony.
Jeśli użyjemy światła czerwonego o niskiej częstotliwości, nawet jeśli będzie ono niezwykle jasne, żaden elektron nie opuści metalu, ponieważ pojedyncze fotony są zbyt słabe, by rozerwać wiązania atomowe. Z kolei nawet bardzo słabe światło fioletowe lub ultrafioletowe natychmiast wywoła emisję fotoelektronów, ponieważ jego fotony niosą wystarczająco duży ładunek energii. To rewolucyjne wyjaśnienie Einsteina legło u podstaw dualizmu korpuskularno-falowego – koncepcji mówiącej, że światło posiada jednocześnie naturę fali oraz cząstki, co zapoczątkowało erę mechaniki kwantowej.
Dzisiaj zjawisko fotoelektryczne jest podstawą wielu technologii, bez których nie wyobrażamy sobie nowoczesnego świata. Najważniejszym zastosowaniem są ogniwa fotowoltaiczne, które przekształcają światło słoneczne bezpośrednio w czystą energię elektryczną. Ponadto zjawisko to wykorzystywane jest w fotopowielaczach, sensorach aparatów cyfrowych, systemach noktowizyjnych oraz czujnikach bezpieczeństwa, które automatycznie zatrzymują zamykające się drzwi windy, gdy ktoś przetnie niewidzialną wiązkę światła. To doskonały przykład tego, jak czysto teoretyczne odkrycie fizyczne zmienia codzienne życie miliardów ludzi.
