同年（1905年），愛因斯坦在相對論以外的兩個領域也發現了新的基本規律。他到柏林時，曾花費了大量的精力來研究光和運動的問題。但同時他也認識到，隻有從多個不同的角度出發，才有可能在當前問題上取得突破。他意識到可以從光和熱、熱和運動之間的關係出發，來研究該問題。
人們早就知道熱現象和分子的無規則運動有關。溫度越高，運動越激烈。蘇格蘭物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋和奧地利科學家、熱力學和統計物理學的奠基人之一路德維希·玻耳茲曼（1844—1906）都曾經仔細研究過這種無規則運動粒子的統計學規律。甚至在更早的時候，人們就已經假設分子的動能正比於絕對溫度。在麥克斯韋和玻耳茲曼活躍的時代，物質的分子組成論還隻是一個受到人們質疑的假設。雖然分子論可以解釋很多現象，但是沒有直接證據可以證明分子的存在。此外，人們也無法精確測量出諸如單位體積內分子數這種有意義的物理量。1865年，奧地利物理學家羅什米特（1821—1895）等人曾經估算過這一數量，但是他們使用的方法既複雜又不直觀。愛因斯坦認為很有必要對這個問題做一個更全麵係統的研究，並得到能證明分子運動的更直接的證據。
人們也早就發現，顯微鏡可見的微小粒子懸浮在密度與之相當的**中時，會持續地做無規則運動。這一現象是蘇格蘭植物學家羅伯特·布朗（1773—1858）在觀察水中懸浮的花粉微粒運動時發現的，因此被稱為布朗運動（Brownian motion）。這種現象並不是由外在的容器震動或容器中的水流運動造成的。當溫度升高時，布朗運動更加劇烈。因此，布朗運動被認為與分子的熱運動有關。根據這一觀點，做無規則運動的水分子不停地撞擊微粒，使微粒受到各個方向的隨機的撞擊力，因此發生了被觀測到的無規則運動。