Istilah mekanika kuantum (QM) umumnya mengacu pada formulasi matematis dari teori kuantum. Ini sering menggambarkan dan memprediksi pergerakan dan perilaku partikel pada tingkat atom dan subatomik. Ini termasuk partikel seperti atom, elektron, proton, dan foton. Menurut QM, perilaku dan pergerakan partikel pada tingkat mikroskopis ini berlawanan dengan intuisi, sangat berbeda dari apa pun yang diamati dalam kehidupan sehari-hari. Ini membutuhkan teori seperti mekanika kuantum untuk menjelaskan dunia yang berbeda ini dengan lebih baik.
Dalam dunia makroskopik, biasanya ada dua jenis fenomena yang diklasifikasikan oleh para ilmuwan: partikel dan gelombang. Partikel dapat dianggap sebagai terlokalisasi, mengangkut massa dan energi dalam gerakannya. Gelombang adalah jenis fenomena yang tidak pernah terlokalisasi dan tidak memiliki massa, tetapi tetap membawa energi. Partikel dunia mikro yang diteliti dalam mekanika kuantum berbeda dengan partikel dunia makro, karena dalam situasi tertentu, partikel dapat bertindak seperti gelombang, sedangkan sebaliknya, gelombang dapat bertindak seperti partikel. Menurut QM, ini berarti bahwa pada tingkat kuantum, sebuah apel dapat berperilaku seperti gelombang, sedangkan gelombang dapat berperilaku seperti apel.
Mekanika kuantum menggunakan unit kuantum untuk secara kasar menetapkan dan mengukur jumlah sifat fisik partikel ini. Partikel umumnya diukur dengan mempertimbangkan fungsi gelombang yang terekam pada saat pengukuran. Namun karena partikel dapat berperilaku seperti gelombang, lokasi simultan atau kecepatan partikel tidak pernah dapat ditentukan sepenuhnya.
Teka-teki yang tampak ini dikenal sebagai prinsip ketidakpastian Heisenburg, yang dengan kata lain menyatakan bahwa posisi dan momentum tidak dapat diukur secara tepat secara bersamaan. Ini tidak sepenuhnya karena ada keterbatasan dalam peralatan atau kemampuan mengukur, tetapi karena ketidakpastian ini diyakini melekat pada partikel itu sendiri. Mekanika kuantum karena itu adalah teori matematika yang mencoba menghitung probabilitas menurut fungsi gelombang.
Banyak ilmuwan tidak setuju dengan postulat QM. Albert Einstein adalah seorang ilmuwan yang terkadang kritis terhadap teori kuantum, karena bertentangan dengan teorinya sendiri. Jadi, salah satu masalah terbesar dalam fisika kontemporer adalah menciptakan teori yang akan menyatukan gagasan mekanika kuantum dengan gagasan teori relativitas umum Einstein. Fisikawan seperti Julian Barbour telah mengusulkan beberapa solusi inovatif untuk masalah ini, pada dasarnya menyatakan bahwa jika manusia menganggap waktu itu sendiri tidak ada, tidak ada hambatan untuk menyatukan mekanika kuantum dan teori relativitas.