Izraz kvantna mehanika (QM) se na splošno nanaša na matematično formulacijo kvantne teorije. Pogosto opisuje in napoveduje gibanje in obnašanje delcev na atomski in subatomski ravni. Sem spadajo delci, kot so atomi, elektroni, protoni in fotoni. Glede na QM sta obnašanje in gibanje delcev na teh mikroskopskih ravneh nasprotna intuitivna in se radikalno razlikujeta od vsega, kar opazimo v vsakdanjem življenju. To zahteva teorijo, kot je kvantna mehanika, da bi bolje razložili ta drugačen svet.
V makroskopskem svetu običajno obstajata dve vrsti pojavov, ki jih znanstveniki razvrščajo: delci in valovi. Delce lahko predstavljamo kot lokalizirane, ki v svojem gibanju prenašajo maso in energijo. Valovi so vrsta pojava, ki nikoli ni lokalizirana in nima mase, a kljub temu nosi energijo. Delci mikrosveta, ki jih preučujemo v kvantni mehaniki, se razlikujejo od delcev makrosveta, saj lahko delci v določenih situacijah delujejo kot valovi, medtem ko lahko valovi delujejo kot delci. Po QM bi to pomenilo, da bi se na kvantni ravni jabolko lahko obnašalo kot val, medtem ko bi se val lahko obnašal kot jabolko.
Kvantna mehanika uporablja kvantno enoto za grobo dodelitev in merjenje količin fizičnih lastnosti teh delcev. Delci se na splošno merijo z upoštevanjem valovne funkcije, zabeležene v času meritve. Ker pa se delci lahko obnašajo kot valovi, hkratne lokacije ali hitrosti delca nikoli ni mogoče popolnoma določiti.
Ta navidezna uganka je znana kot Heisenburgov princip negotovosti, ki z drugimi besedami pravi, da položaja in zagona ni mogoče natančno izmeriti hkrati. To ni v celoti zato, ker obstajajo kakršne koli omejitve pri merilni opremi ali sposobnostih, temveč zato, ker se verjame, da je ta negotovost neločljivo povezana s samimi delci. Kvantna mehanika je torej matematična teorija, ki poskuša izračunati verjetnosti glede na valovno funkcijo.
Mnogi znanstveniki se ne strinjajo s postulati QM. Albert Einstein je bil znanstvenik, ki je bil včasih kritičen do kvantne teorije, saj je bila v nasprotju z njegovo lastno teorijo. Tako je eden največjih problemov v sodobni fiziki ustvariti teorijo, ki bi poenotila ideje kvantne mehanike z idejami Einsteinove splošne teorije relativnosti. Fiziki, kot je Julian Barbour, so predlagali nekaj inovativnih rešitev za ta problem, v bistvu navajajo, da če ljudje menijo, da čas sam ne obstaja, ni ovir za poenotenje kvantne mehanike in teorije relativnosti.