熱力學
普朗克早期的研究領域主要是熱力學。他的博士論文就是《論熱力學的第二定律》。此後，他從熱力學的觀點對物質的聚集態的變化、氣體與溶液理論等進行了研究。普朗克在物理學上最主要的成就是提出著名的普朗克輻射公式，創立能量子概念。
19世紀末，人們用經典物理學解釋黑體輻射實驗的時候，出現了著名的所謂“紫外災難”。雖然瑞利(1842-1919)、金斯，J.H.(1877-1946)和維恩(1864-1928)分別提出了兩個公式，企圖弄清黑體輻射的規律，但是和實驗相比，瑞利-金斯公式只在低頻範圍符合，而維恩公式(維恩位移定律)只在高頻範圍符合。普朗克從1896年開始對熱輻射進行了系統的研究。他經過幾年艱苦努力，終於導出了一個和實驗相符的公式。
他於1900年10月下旬在《德國物理學會通報》上發表一篇只有三頁紙的論文，題目是《論維恩光譜方程的完善》，第一次提出了黑體輻射公式。12月14日，在德國物理學會的例會上，普朗克作了《論正常光譜中的能量分佈》的報告。在這個報告中，他激動地闡述了自己最驚人的發現。他說，爲了從理論上得出正確的輻射公式，必須假定物質輻射(或吸收)的能量不是連續地、而是一份一份地進行的，只能取某個最小數值的整數倍。這個最小數值就叫能量子，輻射頻率是ν的能量的最小數值ε=hν。其中h，普朗克當時把它叫做基本作用量子，後來被命名爲普朗克常數，它標誌着物理學從“經典幼蟲”變成“現代蝴蝶”。
1906年普朗克在《熱輻射講義》一書中，系統地總結了他的工作，爲開闢探索微觀物質運動規律新途徑提供了重要的基礎。
1918年，普朗克得到了物理學的最高榮譽獎--諾貝爾物理學獎。1926年，普朗克被推舉爲英國皇家學會的最高級名譽會員，美國選他爲物理學會的名譽會長。
1930年，普朗克被德國科學研究的最高機構威廉皇家促進科學協會選爲會長。普朗克的墓在哥庭根市公墓內，其標誌是一塊簡單的矩形石碑，上面只刻着他的名字，下角寫着:爾格·秒。 他的墓誌銘就是一行字：h=6.63×10^-34J·S，這也是對他畢生最大貢獻：提出量子假說的肯定。
波爾茲曼常數
普朗克的另一個鮮爲人知偉大的貢獻是推導出玻爾茲曼常數k。
他沿着波爾茲曼的思路進行更深入的研究得出波爾茲曼常數後，爲了向他一直尊崇的波爾茲曼教授表示尊重，建議將k命名爲波爾茲曼常數。普朗克的一生推導出現代物理學最重要的兩個常數k和h，是當之無愧的偉大物理學家。
普朗克常量
普朗克演講的內容是關於物體熱輻射的規律，即關於一定溫度的物體發出的熱輻射在不同頻率上的能量分佈規律。普朗克對於這一問題的研究已有6個年頭了，今天他將公佈自己關於熱輻射規律的最新研究結果。普朗克首先報告了他在兩個月前發現的輻射定律，這一定律與最新的實驗結果精確符合(後來人們稱此定律爲普朗克定律)。然後，普朗克指出，爲了推導出這一定律，必須假設在光波的發射和吸收過程中，物體的能量變化是不連續的，或者說，物體通過分立的跳躍非連續地改變它們的能量，能量值只能取某個最小能量元的整數倍。爲此，普朗克還引入了一個新的自然常數 h = 6.626196×10^-34 J·s(即6.626196×10^-27erg·s，因爲1erg=10^-7J)。這一假設後來被稱爲能量量子化假設，其中最小能量元被稱爲能量量子，而常數 h 被稱爲普朗克常數。
能量量子化
在宏觀領域中，一切物理量的變化都可看作連續的。例如，一個物體所帶的電荷是e的極大倍數。所以一個一個電子的跳躍式增減可視爲是連續的變化。但在微觀領域中的離子，所帶電荷只有一個或幾個e，那麼，一個一個電子的變化就不能看作是連續的了。
普朗克在1900年提出了“量子化”的概念。像這樣以某種最小單位作跳躍式增減的，就稱這個物理量是量子化的。
量子假說
普朗克最大貢獻是在1900年提出了能量量子化，其主要內容是：
黑體是由以不同頻率作簡諧振動的振子組成的，其中電磁波的吸收和發射不是連續的，而是以一種最小的能量單位ε=hν，爲最基本單位而變化着的，理論計算結果才能跟實驗事實相符，這樣的一份能量ε，叫作能量子。其中v是輻射電磁波的頻率，h=6.62559*10^-34Js，即普朗克常數。也就是說，振子的每一個可能的狀態以及各個可能狀態之間的能量差必定是hv的整數倍。
受他的啓發，愛因斯坦於1905年提出，在空間傳播的光也不是連續的，而是一份一份的，每一份叫一個光量子，簡稱光子，光子的能量E跟跟光的頻率v成正比，即E=hv。這個學說以後就叫光量子假說。光子說還認爲每一個光子的能量只決定於光子的頻率，例如藍光的頻率比紅光高，所以藍光的光子的能量比紅光子的能量大，同樣顏色的光，強弱的不同則反映了單位時間內射到單位面積的光子數的多少。
普朗克黑體輻射定律 ：大約是在1894年，普朗克開始把心力全部放在研究黑體輻射的問題上，他曾經委託過電力公司製造能消耗最少能量，但能產生最多光能的燈泡，這一問題也曾在1859年被基爾霍夫所提出：黑體在熱力學平衡下的電磁輻射功率與輻射頻率和黑體溫度的關係。帝國物理技術學院(Physikalisch-Technischer Reichsanstalt)對這個問題進行了實驗研究，但是經典物理學的瑞利-金斯公式無法解釋高頻率下的測量結果，但這定律卻也創造了日後的紫外災難，威廉·維恩給出了維恩位移定律，可以正確反映高頻率下的結果，但卻又無法符合低頻率下的結果。這些定律之所以能發起有一小部分是普朗克的貢獻，但大多數的教科書卻都沒有提到他。 普朗克在1899年就率先提出解決此問題的方法，叫做“基礎無序原理”(principle of elementary disorder)，並把瑞利-金斯定律和維恩位移定律這兩條定律使用一種熵列式進行內插，由此發現了普朗克輻射定律，可以很好地描述測量結果，不久後，人們發現他的這項新理論是沒有實驗證據的，這也讓普朗克他在當時感到稍稍的無奈。可是他並沒有因此而氣餒，反而修正了自己的方式，最後成功的推衍出著名的第一版普朗克黑體輻射定律，此定律是在描述由實驗觀察來的黑體輻射光譜呈現良好的狀態，這一定律於1900年10月19日在德國物理學會上首次提出。也因爲普朗克黑體輻射定律是第一個不包括能源量化以及統計力學的推論，因爲他本人不喜歡這個理論。
不久後的1900年12月14日，普朗克得出了輻射定律的理論推論，其中他使用了此前曾被他所否定的奧地利物理學家路德維希·玻爾茲曼的統計力學，熱力學第二定律的每個純統計學觀點都讓普朗克感到厭惡。普朗克於會議上提出了能量量子化的假說： 其中E是能量，是頻率，並引入了一個重要的物理常數h——普朗克常數，能量只能以不可分的能量元素(即量子)的形式向外輻射。這樣的假說調和了經典物理學理論研究熱輻射規律時遇到的矛盾。基於這樣的假設，他並給出了黑體輻射的普朗克公式，圓滿地解釋了實驗現象。這個成就揭開舊量子論與量子力學的序幕，因此12月14日成爲了量子日，以作紀念。普朗克也因此獲得1918年諾貝爾物理學獎。儘管在後來的時間裏，普朗克一直試圖將自己的理論納入經典物理學的框架之下，但他仍被視爲近代物理學的開拓者之一。不過在當時，這一假說與玻爾茲曼的理論相比，可謂無足輕重。 “一個純公式的假說，我其實並沒有爲此思考很多。(德語原文：eine rein formale Annahme, ich dachte mir eigentlich nicht viel dabei.)” 如今這個與經典物理學相悖的假說被作爲是量子物理學誕生的標誌，和普朗克最大的科學成就。但是需要提及的是，玻爾茲曼於先前的大約1877年已經將一個物理學系統的能量級可以是不連續的作爲其理論研究的前提條件。 在接下來的時間裏，普朗克試圖找到能量子的意義，但是毫無結果，他曾寫道： “我的那些試圖將普朗克常數歸入經典理論的嘗試是徒勞的，卻花費了我多年的時間和精力。(德語原文：Meine vergeblichen Versuche, das Wirkungsquantum irgendwie der klassischen Theorie einzugliedern, erstreckten sich auf eine Reihe von Jahren und kosteten mich viel Arbeit.)” 其他物理學家如瑞利、James Jeans(1877年—1946年)和亨德里克·洛倫茲在幾年後仍將普朗克常數設爲零，以便其不與經典物理學相悖，但是普朗克十分清楚，普朗克常數是一個不等於零的確切的數值。“Jeans的固執令我很費解，他就像是理論學界裏的黑格爾，他本不該是這樣的，觀點與事實不相符時卻越是要堅持。”(德語原文：Jeans' Hartn?ckigkeit ist mir unverst?ndlich – er ist das Beispiel eines Theoretikers, wie er nicht sein soll, dasselbe, was Hegel in der Philosophie war. Um so schlimmer für die Tatsachen, wenn sie nicht stimmen.)
