Termi kvanttimekaniikka (QM) viittaa yleensä kvanttiteorian matemaattiseen muotoiluun. Se kuvaa ja ennustaa usein hiukkasten liikettä ja käyttäytymistä atomi- ja subatomisella tasolla. Näitä ovat hiukkaset, kuten atomit, elektronit, protonit ja fotonit. QM: n mukaan hiukkasten käyttäytyminen ja liikkuminen näillä mikroskooppisilla tasoilla ovat intuitiivisia ja poikkeavat radikaalisti kaikesta jokapäiväisessä elämässä havaitusta. Tämä vaatii kvanttimekaniikan kaltaista teoriaa selittääkseen paremmin tämän erilaisen maailman.
Makroskooppisessa maailmassa tiedemiehet luokittelevat yleensä kahdenlaisia ilmiöitä: hiukkasia ja aaltoja. Hiukkasia voidaan ajatella paikallisiksi, jotka kuljettavat massaa ja energiaa liikkeissään. Aallot ovat eräänlainen ilmiö, joka ei koskaan ole lokalisoitu eikä sillä ole massaa, mutta joka kuitenkin kuljettaa energiaa. Kvanttimekaniikassa tutkitut mikro-maailman hiukkaset ovat erilaisia kuin makro-maailman, koska tietyissä tilanteissa hiukkaset voivat toimia aaltojen tavoin, kun taas päinvastoin, aallot voivat toimia kuin hiukkaset. QM: n mukaan tämä tarkoittaisi sitä, että kvanttitasolla omena voisi käyttäytyä aallon tavoin, kun taas aalto voisi käyttäytyä kuin omena.
Kvanttimekaniikka käyttää kvanttiyksikköä suunnilleen määrittämään ja mittaamaan näiden hiukkasten fysikaalisten ominaisuuksien määriä. Hiukkaset mitataan yleensä ottamalla huomioon mittauksen aikana tallennettu aaltofunktio. Silti koska hiukkaset voivat käyttäytyä aaltojen tavoin, hiukkasen samanaikaista sijaintia tai nopeutta ei voida koskaan täysin määrittää.
Tämä näennäinen hämmennys tunnetaan Heisenburgin epävarmuusperiaatteena, joka toisin sanoen sanoo, että sijaintia ja vauhtia ei voida mitata tarkasti samanaikaisesti. Tämä ei johdu kokonaan siitä, että mittauslaitteissa tai kyvyissä on rajoituksia, vaan siksi, että tämän epävarmuuden uskotaan olevan ominaista hiukkasille itselleen. Kvanttimekaniikka on siis matemaattinen teoria, joka yrittää laskea todennäköisyydet aaltofunktion mukaan.
Monet tutkijat eivät ole samaa mieltä QM: n oletusten kanssa. Albert Einstein oli tiedemies, joka joskus oli kriittinen kvanttiteoriaan, koska se oli ristiriidassa hänen oman teoriansa kanssa. Siten yksi nykyajan fysiikan suurimmista ongelmista on luoda teoria, joka yhdistäisi kvanttimekaniikan ja Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian ajatukset. Fyysikot, kuten Julian Barbour, ovat ehdottaneet joitain innovatiivisia ratkaisuja tähän ongelmaan.Ne ovat periaatteessa todenneet, että jos ihmiset katsovat, että aikaa itsessään ei ole olemassa, ei ole mitään estettä kvanttimekaniikan ja suhteellisuusteorian yhdistämiselle.