量子理论又称为量子力学或量子物理学，是一组在极小尺度上主要应用于原子或更小实体的微粒定律。量子理论的核心是测不准原理和波粒二象性概念的结合。
量子世界的每个实体都同时具有我们习惯视为截然不同事物——波河粒子的特性。例如，通常被视为电磁波的光，在某些情况下的行为就像是粒子（称为光子）流。19世纪末马克斯•普朗克发现，黑体辐射的本质，仅当原子以不连续的量子（光子）发射和吸收光时，才能得到解释。这一发现使物理学家明白了量子物理学和经典力学之间的区别。普朗克的发现的最根本要点是，原子能量的变化究竟可以多么小是有极限的；用现代术语说就是，这一变化的极限相对于发射或吸收单个光子。“量子跳变”的要点是，这种跳变是最小可能的变化；因此，当广告和政治家说取得了量子跃进般的进步时，他们无意间显露了他们的诚实。
普朗克本人并未提到光子，他不过将黑体辐射解释为原子除了以不连续份额方式外便不能发射能量的结果；他也没有想到光本身可以看成由粒子构成。是阿尔伯特•爱因斯坦最先在1905年发表的论文（他因该论文获得诺贝尔奖）中证明可以把光看成粒子。这一思想在1920年代发展为光的玻色子学说。也是在1920年代，实验证明典型的基本粒子——电子同样具有波的特性。但波粒二象性的实质在展示电子的波和粒子双重性质的现代实验中表现得罪清楚。
这些实验的基础就是经常用来（例如在中学的科学课堂上）证明光像波那样传播的“双缝”实验。在这样的实验中，光通过屏幕上的一个小孔，射到有两个小孔的第二屏幕上。从第二屏幕上两个孔的任何一个来的光继续向第三屏幕前进，并在那里形成由明暗相间斑纹组成的图样。对这种斑纹图样的传统解释是，从两孔中的每一个来的波抵达了最后那个屏幕的所有各处。在两束波步伐一致的地方，它们相加而成亮斑；在两束波的步调错乱的地方，它们相互抵消饿留下暗斑。与此完全相同的现象也发生在同时把两块小石头投进池塘所引起的涟漪之中——有些地方涟漪增强，另一些地方涟漪消失。所以这个双孔实验证明了光像波那样传播。
1980年代末日本科学家进行的现代实验中，光源被一支能每次发射一个电子的电子“枪”取代，两个孔的角色由磁场扮演，最后的屏幕则是类似电视机荧屏的探测器。通过实验装置的每个电子必须经由两条路线中的一条（两个“孔”中的一个）到达探测器的荧屏。果然，当一个一个的电子射进实验装置，每个电子在荧屏上引发一个对应着单个粒子到达事件的确切光点。但是，当一个一个射入实验装置的电子达到很大数量时，荧屏上引发的大量光点却形成了明暗分明的图样，它和同时通过两孔到达屏幕的波显示的干涉图样完全一样。
伟大的物理学家理查德•费恩曼（1918-88）曾经说，双孔实验包藏了量子力学的“核心秘密”，无人懂得其中究竟发生了什么。它不仅仅表示量子实体运动时像波，到达和出发时像粒子，而且它们似乎还知道过去和未来。情况好像是，电子以粒子形式从电子枪出发，然后变成波旅行并经由两条路线进入实验装置，再后重新变成粒子而到达荧屏上一个确切地点。不仅如此，每个电子还选择了一个正确地方引发光点，以使它对很长时间内才得以形成的干涉图样做出它的贡献。它究竟是如何“了解”所有其它电子，以及其它电子将落在图样中的什么地方呢？在经典双孔实验中也曾经用过及其微弱的光源，使得每次只有一个光子进入实验装置。同样，它们也在最终屏幕上形成一个干涉图样。
