За теорією Ейнштейна, яка добре узгоджується з законами фотоефекту, світло є потоком окремих матеріальних частинок-фотонів.
Та обставина, що в більшості оптичних дослідів ми не виявляємо квантового характеру світла, пояснюється досить малою величиною енергії окремого фотона. Так, наприклад, енергія фотона зеленого світла
Виходячи з закону взаємозв'язку маси і енергії,
(1)
за енергією фотона можна визначити його масу, а саме:
(2)
Оскільки за теорією відносності при наближенні до швидкості світла маса повинна нескінченно зростати, а для фотона, що переміщується з швидкістю світла, маса є скінченна величина (2), то з цього випливає, що маса спокою фотона дорівнює нулю.
Маса фотона взагалі дуже мала. Наприклад, для видимого світла = 4 • 10-36 кг. Проте в жорсткому рентгенівському промінні маса фотона стає вже порівнянною з масою електрона= 9,1 • 10-31 кг, а в гамма-променях = 2,2 • 10-30 кг — перевищує масу електрона.
За масою фотона і його швидкістю сзнаходимо кількість руху (імпульс) фотона:
(3)
З формул (2) і (3) випливає, що чим більша частота випромінювання v, тим більші маса та імпульс фотона.
Як відомо, фотонна природа світла в теорії Ейнштейна повністю узгоджується з законами теплового випромінювання і підтверджується законами фотоефекту. Проте ці закономірності стосуються значних фотонних потоків. Пізніше були здійснені оригінальні досліди з слабкими світловими потоками, які наочно виявили фотонну структуру світла.