Debije heeft een belangrijk aandeel gehad in de toepassing van de kwantumtheorie. Einstein presenteerde in 1911 op de eerste Solvay-conferentie in Brussel, waar de hele top van de fysica bijeenkwam, een methode om bepaalde warmte-eigenschappen van vaste stoffen met behulp van deze theorie te berekenen. Door de verbeteringen van Debije in 1912 kwam de kwantumtheorie meer in het traditioneel domein van de natuurkunde.
Door het nazi-regime wordt Debije in 1939 verplicht de Duitse nationaliteit aan te nemen, maar hij weigert en gaat via Nederland naar de Verenigde Staten. Hij is daar van 1940 tot 1950 hoogleraar scheikunde aan de Cornell University te Ithaca. In 1952 gaat hij met emeritaat, maar hij blijft actief in onderzoek en onderwijs, zowel in Amerika als in Europa.