1. Ультрафиолетовая катастрофа. В рамках классической физики возник парадокс, связанный с законом Рэлея-Джинса, согласно которому полная мощность теплового излучения любого нагретого тела должна быть бесконечной. Этот парадокс получил название «ультрафиолетовой катастрофы». Предположение о квантах света устраняет эту проблему.
2. Фотоэффект. Закономерности, наблюдаемые при фотоэффекте, также противоречили волновой природе света: волна не может выбивать электроны из катода. Энергия испускаемых электронов определяется частотой падающего света и природой вещества и не зависит от интенсивности поглощаемого излучения. Заслуга Эйштейна в том, что он ввёл гипотезу Планка о квантах света в рассмотрение фотоэффекта и назвал их фотонами.
3. Эффект Комптона – рассеяние жестких рентгеновских лучей лёгкими элементами с изменением частоты излучения – мог быть объяснён только с помощью квантовой теории. Применение законов сохранения энергии и импульса к взаимодействию между квантом света и свободным электроном объясняло наблюдаемые процессы.
4. Комбинационное рассеяние. Кванты оптического диапазона поглощаются молекулами вещества и вызывают их возбуждение. Возбужденная молекула излучает квант с меньшей энергией, и вторичное излучение оказывается смещенным в красную сторону спектра. Но при поглощении фотона молекулой, которая в этот момент уже находится в возбужденном состоянии, вторичное излучение может иметь и большую энергию, т.е. будет смещено в фиолетовую сторону спектра.