1916. a. ilmunud artiklis „Zur Quantentheorie der Strahlung“ („Kiirguse kvantteooriast“) vabastas Einstein kiirgusteooria ostsillaatorimudelist ja asendas selle Bohri aatomiteooriast tuntud kvantüleminekutega ühest statsionaarsest olekust teise. Ta võttis kasutusele hilisemale kvantmehaanikale olulised spontaanse ja indutseeritud ülemineku mõisted ning tuletas nende abil uuel meetodil Plancki kiirgusvalemi. Analüüsides valguskvandi kiirgamist (neelamist) aatomi poolt, osutas Einstein selle protsessi suunatusele ja vajadusele omistada valguskvandile energiaga hv ka impulss hv/c.

See idee sai 1922. a. elegantse kinnituse katsetes, mida tegi Arthur Holly Compton (1892–1962), uurimaks röntgenikiirte hajumist aines, mis sisaldab küllalt palju nõrgalt seotud (peaaegu vabu) elektrone (nt. grafiidis). Maxwelli elektrodünaamikale toetuva lihtsa hajumise teooria esitas 1906. a. J. J. Thomson. Selle järgi paneb langev primaarkiirgus elektronid, mis on peaaegu vabad, sama sagedusega võnkuma, muutes nad nii hajunud kiirguse allikaks. Hajunud kiirguse intensiivsus ei sõltu primaarkiirguse sagedusest, selle sõltuvuse hajumisnurgast θ määrab tegur (1 + cos² θ). Thomsoni teooria, mille abil ta ise uuris oma aatomimudeli omadusi, oli vaatlustega heas kooskõlas pehme röntgenikiirguse ja mitte liiga väikeste hajumisnurkade korral. Kalgi kiirguse, eriti γ-kvantide korral, oli hajunud kiirguse intensiivsus oluliselt väiksem Thomsoni teoorias ennustatust. 1920. a. hakkas A. Compton St. Louisis (Missouri) asuva Washingtoni ülikooli füüsikalaboratooriumis lisaks hajunud kiirguse intensiivsusele registreerima ka selle lainepikkust, kasutades selleks Braggide röntgenspektromeetrit (1913). Täheldanud hajunud kiirguse lainepikkuse suurenemist, püüdis ta seda kõigepealt seletada Doppleri efektiga, kuid loobus sellest, sest elektron pidanuks liikuma primaarkiirguse suunas peaaegu poolega valguse kiirusest. Nii tuli ta oma hilisema meenutuse kohaselt mõttele kontrollida, „mis oleks, kui röntgenikiirte iga energiakvant oleks koondatud üheks osakeseks ja mõjuks kui tervik üksikule elektronile“. Energia ja impulsi jäävuse seadustest järeldus lihtne seos hajunud kvandi lainepikkuse kasvu jaoks

Pärast hoolikaid mõõtmisi veendus ta oma valemi (11) õigsuses ja esitas tulemused Ameerika Füüsika Seltsi sessioonil 1923. a. aprillis peetud ettekandes „Wavelength measurements of scattered x-rays“ („Hajunud x-kiirte lainepikkuste mõõtmised“). Kuu aega hiljem saatis ta põhjaliku artikli „A quantum theory of the scattering of x-rays by light elements“ („X-kiirte hajumise kvantteooria kergetel elementidel“) ajakirjale „The Physical Review“. Juba kuu aega varem, märtsis 1923, oli Peter Debye esitanud lühikeses artiklis „Zerstreuung von Röntgenstrahlen und Quantentheorie“ („Röntgenikiirte hajumine ja kvantteooria“) samasuguse kiirguskvandi hajumise teooria ja soovitas oma kolleegil Paul Scherreril korraldada vastavaid mõõtmisi, kuid sai siis teada, et Compton oli selle töö juba ära teinud. Debye ei lugenud ennast efekti kaasavastajaks.

Comptoni avastuse üle arenes elav diskussioon, mis lõppes Ameerika Füüsika Seltsi sessioonil detsembris 1924. Efekti oli kontrollitud mitmes laboratooriumis ja see leidis üldise heakskiidu. Comptoni katset peetaksegi valguse kvantteooria otseseks ja kõige veenvamaks tõestuseks. Meenutagem, et sajand tagasi pääses Fresneli töödega võidule valguse laineteooria. Ometi ei kujuta valguse kvantteooria endast kunagise korpuskliteooria sarnast laineteooriat välistavat alternatiivi. Valguse laine- ja kvantteooria osutavad valguse olemuslikule kahesusele (duaalsusele): ühtedes nähtustes on esiplaanil pidev laineaspekt, teistes domineerib diskreetne kvantaspekt. Mitmeid nähtusi võib sama edukalt käsitleda nii laine- kui ka kvantteooria alusel. Lihtsaimaks näiteks on Doppleri efekt, mille kvantteooria esitasid Jacob Robert Emden (1862–1940) 1921. a. ja E. Schrödinger 1922. a. Siia kuulub ka valguse sirgjooneline levimine.

Comptoni efekt andis loomuliku seletuse mitmetele varasematele tähelepanekutele. Kohe, kui hakati uurima radioaktiivse γ-kiirguse hajumist (1904–09), täheldati, et hajunud γ-kiirguse neeldumine on mõnevõrra suurem kui primaarsel kiirgusel, 1909–10 tehti isegi kvalitatiivselt kindlaks neeldumise sõltuvus hajumisnurgast.

Termini footon (kr. phos – valgus) pakkus valguskvandi jaoks 1926. a. välja Ameerika keemik Gilbert Newton Lewis (1875–1946). Tema põhjendus „kiirgusenergia aatomi“ uue nimetuse jaoks kõlab tänapäeval veidi kummaliselt: ei ole mõistlik rääkida „kiirgusenergia aatomist“ osakese korral, mis veedab vaid tühise osa oma eksistentsist kiirgusenergia kandjana, aga kogu ülejäänud aja – tähtsa struktuurielemendina aatomi sees.

Valguskvandi idee kulmineerus 1924. a., kui India füüsik Satyendra Nath Bose (1894–1974) formuleeris valguskvantide statistika ja Einstein üldistas selle üheaatomilisele ideaalsele gaasile (vt. X § 4.1). Sellega oli sündinud esimene kvantstatistikatest, Bose-Einsteini statistika, mis lülitas valguskvandi – footoni – täisarvulise spinniga osakeste perre, selle olulise erinevusega, et footonid eksisteerivad ainult kiirgusena, tavalised osakesed ka paigalolekus.