Το πρώτο έργο του Planck ήταν στο αντικείμενο της θερμοδυναμικής, ένα ενδιαφέρον που απέκτησε από τις σπουδές του υπό τον Kirchhoff, τον οποίο θαύμαζε πολύ, και αυτό ενισχύθηκε διαβάζοντας τις δημοσιεύσεις του R. Clausius. Δημοσίευσε εργασίες γσχετικές με την εντροπία, τη θερμοηλεκτρική παραγωγή και τη θεωρία των αραιών διαλυμάτων.

Ταυτόχρονα, τα προβλήματα των διαδικασιών ακτινοβολίας κέντρισαν την προσοχή του και έδειξε ότι αυτά έπρεπε να θεωρηθούν ως ηλεκτρομαγνητικής φύσης. Από αυτές τις μελέτες οδηγήθηκε στο πρόβλημα της κατανομής της ενέργειας στο φάσμα της πλήρους ακτινοβολίας. Οι πειραματικές παρατηρήσεις σχετικά με την κατανομή μήκους κύματος της ενέργειας που εκπέμπεται από ένα μαύρο σώμα ως συνάρτηση της θερμοκρασίας ήταν σε αντίθεση με τις προβλέψεις της κλασικής φυσικής. Ο Planck μπόρεσε να συμπεράνει τη σχέση μεταξύ της ενέργειας και της συχνότητας της ακτινοβολίας. Σε μία εργασία που δημοσιεύτηκε το 1900, ανακοίνωσε την προέλευση της σχέσης: αυτό βασίστηκε στην επαναστατική ιδέα ότι η ενέργεια που εκπέμπεται από έναν αντηχείο μπορεί να λάβει μόνο διακριτές τιμές ή κβάντα. Η ενέργεια για έναν συντονιστή συχνότητας v είναι hv όπου h είναι μια καθολική σταθερά, που τώρα ονομάζεται σταθερά Planck.

Αυτό δεν ήταν μόνο το πιο σημαντικό έργο του Planck, αλλά σηματοδότησε επίσης μια καμπή στην ιστορία της φυσικής. Η σημασία της ανακάλυψης, με την εκτεταμένη επίδρασή της στην κλασική φυσική, δεν εκτιμήθηκε στην αρχή. Ωστόσο, τα στοιχεία για την αξιοπιστία του έγιναν σταδιακά συντριπτικά καθώς η εφαρμογή του προκάλεσε πολλές αποκλίσεις μεταξύ των παρατηρούμενων φαινομένων και της κλασικής θεωρίας. Μεταξύ αυτών των εφαρμογών και εξελίξεων μπορεί να αναφερθεί η εξήγηση του Αϊνστάιν για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.

Το έργο του Planck για την κβαντική θεωρία, όπως έγινε γνωστό, δημοσιεύτηκε στο Annalen der Physik. Το έργο του συνοψίζεται σε δύο βιβλία Thermodynamik (Θερμοδυναμική) (1897) και Theorie der Wärmestrahlung (Θεωρία του ιόντος ακτινοβολίας θερμότητας) (1906).

Εξελέγη μέλος της Βασιλικής Εταιρείας το 1926, βραβεύτηκε με το Μετάλλιο Κόπλεϊ της Εταιρείας το 1928.

Ο Planck αντιμετώπισε μια προβληματική και τραγική περίοδο στη ζωή του κατά την περίοδο της ναζιστικής κυβέρνησης στη Γερμανία, όταν θεώρησε καθήκον του να παραμείνει στη χώρα του, αλλά ήταν ανοιχτά αντίθετος σε ορισμένες πολιτικές της κυβέρνησης, ιδίως όσον αφορά τους διωγμούς των Εβραίων. Τις τελευταίες εβδομάδες του πολέμου υπέστη μεγάλες αντιξοότητες αφού το σπίτι του καταστράφηκε από βομβαρδισμούς.

Ήταν σεβαστός από τους συναδέλφους του όχι μόνο για τη σημασία των ανακαλύψεών του αλλά για τις μεγάλες προσωπικές του ιδιότητες. Ήταν επίσης ένας ταλαντούχος πιανίστας και λέγεται ότι κάποτε θεωρούσε τη μουσική ως καριέρα.

Ο Planck παντρεύτηκε δύο φορές. Με το διορισμό του, το 1885, σε Αναπληρωτή Καθηγητή στην πατρίδα του στο Κίελο παντρεύτηκε μια φίλη της παιδικής του ηλικίας, τη Μαρί Μερκ, η οποία πέθανε το 1909. Παντρεύτηκε ξανά την ξαδέλφη της Μάργκα φον Χούσλιν. Τρία από τα παιδιά του πέθαναν μικρά, αφήνοντάς τον με δύο γιους.

Υπέστη μια προσωπική τραγωδία όταν ένας από αυτούς εκτελέστηκε για το ρόλο του σε μια ανεπιτυχή απόπειρα δολοφονίας του Χίτλερ το 1944.