他一生中開創了物理學的四個領域：狹義相對論、廣義相對論、宇宙學和統一場論。他是量子理論的主要建立者之一，在分子運動論和量子統計理論等方面也做出了重大貢獻。

愛因斯坦於1905年發表了《論動體的電動力學》的論文，提出了狹義相對性原理和光速不變原理，建立了狹義相對論。據此他進一步得出質量和能量相當的質能公式E=mc2 。狹義相對論揭示了作為物質的存在形式的空間和時間的統一性，力學運動和電磁運動學上的統一性，進一步揭示了物質和運動的統一性，為原子能的利用奠定了理論基礎。

1915年愛因斯坦建立了廣義相對論，進一步揭示了四維空間時間物質的關係。根據廣義相對論的引力論，他推斷光處於引力場中不沿直線而是沿著曲線傳播，1919年這種預見在英國天文學家觀察日蝕中得到證實。1938年愛因斯坦在廣義相對論的運動問題上獲得重大進展，從場方程推匯出物體運動方程，由此進一步揭示了時空、物質、運動和引力的統一性。

愛因斯坦在量子論方面做出了巨大貢獻。1905年他提出能量在空間分佈不是連續的假設，認為光速的能量在傳播，吸收和產生過程中具有量子性，並圓滿地揭示了光電效應。這是人類認識自然過程中，歷史上首次揭示了輻射的波動性和粒子性的統一。1916年愛因斯坦在關於輻射的量子論的論文中，提出了受激輻射的理論，為今天的鐳射技術打下了理論基礎。

廣義相對論之後，愛因斯坦在宇宙與引力和電磁的統一場論兩方面進行探索。為了證明天體在空間中靜止的分佈，以引力場為根據，提出了一個有限無邊的靜止的宇宙模型，該模型是不穩定的。從引力場方程可預見星系分離運動，後來的天文觀測到這種星系分離運動。