La teoría electromagnética de Maxwell logró integrar las teorías anteriores sobre la electricidad, el magnetismo y la óptica, e, inicialmente, pareció que podía terminar el debate histórico sobre la naturaleza de la luz. Pero no hubo que esperar mucho para que se reabriera este debate, porque ocurrió curiosamente que en el curso del experimento en el que Hertz produjo y recibió por primera vez ondas electromagnéticas, se observó un fenómeno, llamado efecto fotoeléctrico, para cuya explicación necesitó Einstein (1879-1955), poco después volver a plantear un modelo corpuscular de la luz.

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un metal cuando se ilumina con luz de una frecuencia suficientemente elevada. Hertz lo observó de una forma algo indirecta al realizar su experimento en 1887 y dejó constancia de él, pero no le dio demasiada importancia. Un año más tarde Hallwachs (1859-1922) y sus colaboradores lo comprobaron iluminando con luz ultravioleta una lámina metálica conectada a un electroscopio cargado negativamente. Poco tiempo después fue interpretado por Lenard (1862-1947), que fue quien dio nombre al fenómeno y lo estudió con mayor detalle. Por sus investigaciones sobre los "rayos catódicos" (haces de electrones emitidos por el efecto fotoeléctrico desde un cátodo metálico) Lenard obtuvo el premio Nobel de física en 1908.

E = N·h·,  (siendo N el número de fotones)

Es decir, cada fotón tiene una energía proporcional a la frecuencia de vibración del campo electromagnético y la energía total de la radiación es la resultante de sumar las energías individuales de los fotones que la componen. En 1916 Millikan (1868-1953), más conocido por el "experimento de la gota de aceite", en el que midió la carga del electrón, realizó experimentos destinados a determinar la constante de Planck. En esos experimentos midió la frecuencia de la luz y la energía de los electrones liberados en el efecto fotoeléctrico. Los resultados mostraron que la energía cinética de los fotoelectrones coincidía exactamente con la dada por la fórmula de Einstein-Plank. Millikan fue galardonado con el premio Nobel de física en 1923 por sus trabajos para determinar el valor de carga del electrón y el efecto fotoeléctrico.

Para hacer una estimación del orden de magnitud del fotón, vamos a considerar la luz procedente del Sol. Se le puede atribuir una longitud de onda media, , de 550nm (550·10^-9 m) y, por tanto, una frecuencia media de  1.83·10^-15 s^-1 (= c/ siendo c  la velocidad de la luz, 3·10⁸m/s). Esto significa que la energía de un fotón de luz solar medio es E = 1.17·10^-48J. La luz solar que llega a la Tierra tiene una intensidad aproximada de 1800W/m². Por lo tanto, la radiación solar trae aproximadamente nada menos que 1.54·0⁵¹ fotones por metro cuadrado y por segundo.

Después de que se formulara la hipótesis de Planck-Einstein, aumentó de forma apreciable el listado de fenómenos sobre procesos de interacción entre la luz y la materia que no se pueden explicar utilizando el modelo ondulatorio de luz y, en cambio, son fácilmente interpretables usando dicha hipótesis. Entre ellos, mencionamos el ya comentado efecto fotoeléctrico, la radiación del cuerpo negro, el efecto Compton, la producción de rayos X (animación adjunta), los espectros discontinuos de absorción y emisión de los átomos, los procesos de aniquilación de partículas produciendo fotones, etc.