Pojam kvantne mehanike (QM) općenito se odnosi na matematičku formulaciju kvantne teorije. Često opisuje i predviđa kretanje i ponašanje čestica na atomskoj i subatomskoj razini. To uključuje čestice kao što su atomi, elektroni, protoni i fotoni. Prema QM-u, ponašanje i kretanje čestica na tim mikroskopskim razinama su kontraintuitivni, radikalno se razlikuju od svega što se promatra u svakodnevnom životu. Za to je potrebna teorija poput kvantne mehanike kako bi se bolje objasnio ovaj drugačiji svijet.
U makroskopskom svijetu obično postoje dvije vrste fenomena koje znanstvenici klasificiraju: čestice i valovi. Može se smatrati da su čestice lokalizirane, prenoseći masu i energiju u svojim kretanjima. Valovi su vrsta fenomena koja nikada nije lokalizirana i nema masu, ali unatoč tome nosi energiju. Čestice mikro-svijeta koje se ispituju u kvantnoj mehanici razlikuju se od čestica makro-svijeta, jer se u određenim situacijama čestice mogu ponašati kao valovi, dok se obrnuto, valovi mogu ponašati kao čestice. Prema QM-u, to bi značilo da bi se na kvantnoj razini jabuka mogla ponašati kao val, dok bi se val mogao ponašati kao jabuka.
Kvantna mehanika koristi kvantnu jedinicu da grubo dodijeli i izmjeri količine fizikalnih svojstava ovih čestica. Čestice se općenito mjere uzimanjem u obzir valne funkcije zabilježene u vrijeme mjerenja. Ipak, budući da se čestice mogu ponašati poput valova, istovremeni položaj ili brzina čestice nikada se ne može u potpunosti odrediti.
Ova prividna zagonetka poznata je kao Heisenburgov princip nesigurnosti, koji drugim riječima kaže da se položaj i zamah ne mogu točno mjeriti istovremeno. To nije u potpunosti zato što postoje ograničenja u mjernoj opremi ili sposobnosti, već zato što se vjeruje da je ta nesigurnost svojstvena samim česticama. Stoga je kvantna mehanika matematička teorija koja pokušava izračunati vjerojatnosti prema valnoj funkciji.
Mnogi znanstvenici se ne slažu s postulatima QM-a. Albert Einstein je bio znanstvenik koji je ponekad bio kritičan prema kvantnoj teoriji, jer je bila u sukobu s njegovom vlastitom teorijom. Stoga je jedan od najvećih problema u suvremenoj fizici stvoriti teoriju koja bi ujedinila ideje kvantne mehanike s onima iz Einsteinove opće teorije relativnosti. Fizičari poput Juliana Barboura predložili su neka inovativna rješenja za ovaj problem, u osnovi tvrdeći da ako ljudi smatraju da vrijeme samo po sebi ne postoji, ne postoji prepreka za ujedinjavanje kvantne mehanike i teorije relativnosti.