L'effetto fotoelettrico spiega l'emissione di elettroni da parte di un metallo colpito da radiazione elettromagnetica.
La spiegazione di tale fenomeno fu un successo della meccanica quantistica e fu resa possibile quando nel 1905 Einstein estese le ipotesi quantistiche di Planck, postulando che la quantizzazione non era una proprietà del meccanismo di emissione, ma piuttosto una proprietà intrinseca del campo elettromagnetico.
Usando questa ipotesi Einstein fu capace di spiegare il fenomeno osservato nell'effetto fotoelettrico, cioè il fatto che l'energia cinetica con cui venivano emessi gli elettroni variava con la frequenza n della radiazione incidente secondo la relazione:

dove h è la costante di Planck, W₀ l'energia caratteristica associata ad ogni dato metallo e chiamata energia di estrazione, c la velocità della luce e l la lunghezza d'onda della radiazione incidente. Questo è il risultato aspettato se i fotoni hanno un'energia quantizzata pari a E=hn, che è il valore proposto da Einstein.
Nell'approssimazione hn << mc², la sezione d'urto per effetto fotoelettrico vale:

dove m_e è la massa dell'elettrone, F₀ vale 6.651×10^-27 cm^² e  a=1/137 è la costante di struttura fine.
Come si nota dalla formula la sezione d'urto per effetto fotoelettrico dipende principalmente dal numero atomico Z e diminuisce man mano che aumenta l'energia.

Sezione d'urto per effetto fotoelettrico, calcolata per il piombo