물질과 에너지(matter and energy)의 본질(nature)과 습성(behavior)을 밝히는 현대 물리학의 한 분야.

19세기 후반 물리학 분야에서 기존 고전역학(뉴턴역학)으로 설명할 수 없는 빛과 물질의 이중성, 수소의 불연속적인 스펙트럼 등 다양한 실험 결과들이 발견되었다. 예를 들어 빛의 입자성과 관련한 실험에서는(예: 광전 효과) 빛이 입자임을 알 수 있는 결과가 나왔고, 빛의 파동성과 관련한 실험에서는(예: 이중 슬릿 실험) 빛이 파동임을 알 수 있는 결과가 나왔다. 이러한 실험 결과들을 잘 설명하기 위해 막스 플랑크(Max Karl Ernst Ludwig Planck), 닐스 보어(Niels Henrik David Bohr), 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger), 베르너 하이젠베르크(Werner Karl Heisenberg), 폴 디락(Paul Adrien Maurice Dirac) 등이 정립한 새로운 역학 체계가 양자 역학이다

양자 역학은 거시 세계(macroscopic world, 눈으로 볼 수 있는 자연현상부터 우주나 천체 등을 포함하는 광범위한 세계)에서는 관측이 어렵다. 그래서 초기에는 미시 세계(microscopic world, 미립자의 세계)에서만 적용되는 이론이라는 오해를 받기도 했다. 또한 양자 역학의 원리중 하나인 불확정성이 설명하는 비결정론적인 특성을 받아들일 수 없었던 아인슈타인은 “신은 주사위 놀이를 하지 않는다.”라는 말을 하기도 했다. 이 때까지만 해도 아인슈타인은 양자 역학에서 말하는 비결정론적 설명은 우리가 모르는 어떤 숨겨진 변수(hidden variable theory) 때문이라고 생각했다. 하지만 수많은 과학자들의 노력 끝에 양자 역학은 현대사회에서는 없어서는 안 될 이론이 되었다. 간단하게는 원자와 분자의 구조 분석부터 반도체 원리까지 물질에 대한 이해를 높여주었다. 처음 가본 곳을 쉽게 찾아가게 도와주는 GPS와 통신에 사용되는 레이저 기술, 반도체 개발 기술 등 수많은 기술도 양자 역학으로 발전할 수 있었다.