1900年12月，德国物理学家马克斯斯普朗克在试图解释经典黑体辐射规律时，拼凑出一个数学公式，极好地与实验结果相吻合。可是当他试图从物理理论推导出这个公式的时候，发现无论如何也不可能从牛顿的力学理论或者麦克斯韦的电磁理论推导出来，***的可能是，假定黑体的辐射能量是一份一份不连续地辐射出来的。他的公式成功地解释了黑体辐射现象，但留下巨大的困惑：自然界的相互作用，并不是连续进行的，而是成颗粒状一份一份地进行的。他把这种情形称作能量的“量子”作用。
   据说，当天晚上普朗克在与儿子一同散步时，告诉儿子，你父亲可能做出了有史以来最惊人最伟大的发现。

   1905年，26岁的爱因斯坦读到了普朗克的论文，当时他试图解释困扰物理学界3年的一个新发现——金属物质的“光电效应”：某些金属物质，受到光照的时候，会有电子从金属表面跳出来，然而，跳出来的电子的能量，与照射光线的强度无关，只与光的频率有关。经典物理学不能理解这一现象。爱因斯坦认为，普朗克的量子概念也许有用。他假定光对物体的作用是一份一份的，也就是说，有一种“光量子”存在，它的能量大小由光的频率而不是光的亮度决定。把这一假设带进描述光电效应的公式，理论与实验结果之间的矛盾立即解除。后来，爱因斯坦在1921年因为这项精彩简练的工作获得诺贝尔物理学奖，而他那时早已因为相对论理论享誉世界。

   1908年，丹麦人尼尔斯?玻尔在剑桥大学***的卡文迪许实验室找题目做研究，科学巨擘卢瑟福让他解决氢原子的光谱问题。早在19世纪晚期，科学家们已经发现，每一种元素物质都有自己特有的“特征光谱”，其中氢原子的光谱最为简单，谱线之间似乎有一定的规律性。德国的一位中学教师巴尔默用一个简单的数学公式很好地表达了氢原子的光谱，其中最引人注目的是，公式中出现一个不确定的字母符号n，它只能取自然正整数值，当 n等于1的时候，就得到***条谱线的波长，当n等于2的时候，就得到***条谱线波长，依次类推。可是当物理学家们试图从经典物理学来推导出巴尔默的公式的时候却遇到巨大困难，实际上，无论是牛顿理论还是麦克斯韦理论，都不能推导出这一看上去并不复杂的公式。

   玻尔研究了卢瑟福的原子有核模型和爱因斯坦的光量子假设，成功地把两者结合在一起。氢原子核带正电，核外带负电的电子沿着不同的轨道围绕原子核旋转。当电子获得能量时，它从低轨道跳到距离原子核较远的轨道上；当它放出能量时，又从较高的轨道跳到较低轨道上。其中电子处于较低轨道时的状态后来被称作“基态”，在核外电子处于基态时，原子系统保持稳定；当电子处于较高轨道状态时，原子处于“激发态”，原子处于不稳定状态。轨道之间是有间隔不连续的，因而电子吸收和放出的能量只可能是一份一份的，而电子吸收与放出的能量，是以不同频率的光的形式表现的。核外电子轨道的能量间隔，决定了电子跳跃时吸收或放出光线只能以固定的频率，这就是原子的特征光谱。***于电子为什么采取分离的轨道，玻尔解释说，那是自然规律，不是我们讲得清楚的；我们需要做的是准确地描述自然。

   玻尔的理论很好地解释了氢原子的光谱现象，更进一步用原子的有核模型和分层电子轨道图景揭示出量子现象的物理机制。玻尔的氢原子理论获得巨大成功，他回到家乡哥本哈根兴办尼尔斯?玻尔物理研究所，吸引世界各地大批青年才俊跟随他研究原子世界和量子学说。

   到1920年代中后期，玻尔与麾下的一群年轻人完成了一次深刻的物理学***，建立起量子物理学。量子概念从此成为理解现代物理学所必需的基本概念。量子力学建成伊始，就成功地解释了经典物理学一直束手无策的固体物理诸多现象和问题，直接引发半导体物理学和现代电子技术的突飞猛进。它与相对论相结合，形成量子场论，之后逐渐发展成规范场理论，在20世纪后半叶先后取得弱电统一、弱电强统一以及大***宇宙模型等一系列重要成就。然而，量子力学理论本身以及对这一理论的诠释长期以来众说纷纭，莫衷一是，争论涉及基本的自然观与科学观，最典型的有爱因斯坦与玻尔之间关于量子力学理论的解释的几场论战。