Có nhiều người đưa ra các mô hình giải thích khác nhau về hiệu ứng quang điện tuy nhiên đều không thành công do sử dụng mô hình sóng ánh sáng. Albert Einstein là người giải thích thành công hiệu ứng quang điện bằng cách sử dụng mô hình lượng tử ánh sáng. Heinrich Hertz và Stoletov là những người nghiên cứu chi tiết về hiệu ứng quang điện và đã thành lập các định luật quang điện.

1. Ở mỗi tần số bức xạ và mỗi kim loại, cường độ dòng quang điện (cường độ dòng điện tử phát xạ do bức xạ điện từ) tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng tới.
2. Với mỗi kim loại, tồn tại một tần số tối thiểu của bức xạ điện từ mà ở dưới tần số đó, hiện tượng quang điện không xảy ra. Tần số này được gọi là tần số ngưỡng, hay giới hạn quang điện của kim loại đó.
3. Ở trên tần số ngưỡng, động năng cực đại của quang điện tử không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng tới mà chỉ phụ thuộc vào tần số của bức xạ.
4. Thời gian trong quá trình từ lúc bức xạ chiếu tới và các điện tử phát ra là rất ngắn, dưới 10−9 giây.

Albert Einstein đã sử dụng Thuyết lượng tử để lý giải hiện tượng quang điện. Theo liên hệ Planck–Einstein, mỗi photon có tần số f {\displaystyle f} sẽ tương ứng với một lượng tử năng lượng có năng lượng ϵ = h . f {\displaystyle \epsilon =h.f}

Ở đây, h {\displaystyle h} là hằng số Planck.

Năng lượng mà điện tử hấp thụ được sẽ được dùng cho 2 việc:

• Thoát ra khỏi liên kết với bề mặt kim loại (vượt qua công thoát Φ {\displaystyle \Phi } )
• Cung cấp cho điện tử một động năng ban đầu E k m a x = 1 2 m . v 2 {\displaystyle E_{k_{max}}={\frac {1}{2}}m.v^{2}}

Như vậy, theo định luật bảo toàn năng lượng, ta có thể viết phương trình:

h . f = Φ + E k m a x {\displaystyle h.f=\Phi +E_{k_{max}}}

Do động năng luôn mang giá trị dương, do đó, hiệu ứng này chỉ xảy ra khi:

h . f ≥ Φ = h . f 0 {\displaystyle h.f\geq \Phi =h.f_{0}}

có nghĩa là hiệu ứng quang điện chỉ xảy ra khi f ≥ f 0 {\displaystyle f\geq f_{0}}

f 0 = Φ / h {\displaystyle f_{0}=\Phi /h} chính là giới hạn quang điện của kim loại.