maddenin atom ve atomaltı ölçekteki yapısının ve elektromanyetik dalgaların davranışlarını açıklayan bilim dalı. maddenin sahip olduğu (bkz: olasılık dalgası) nedeniyle dalga mekaniği olarak da bilinir.
klasik fizik ya da newton mekaniği, 20. yüzyılın başlarına kadar, makro ölçekteki birçok olayı açıklama konusunda oldukça iyiydi. ancak 20. yüzyıl başlarında üzerinde durulan bazı fiziksel konuları açıklamada yetersiz kalıyordu. bunun üzerine bilim insanları, örneğin enerjinin sürekli olmadığı varsayımını kabullenmek gibi bazı yollara başvurdular. bu varsayım, daha önce açıklanamayan birçok deneysel sonucun açıklanabilmesini sağladı ve kuantum mekaniği şekillenmeye başladı. heisenberg, bohr, planck, pauli, einstein, de broglie, born, schrödinger gibi birçok bilim insanının katkılarıyla da yavaş yavaş günümüzdeki şeklini aldı.
klasik mekanikte bir parçacığın uzay-zamandaki yeri x,y,z gibi üç konumla, momentumu px,py,pz gibi 3 bileşenle gösterilirken kuantum mekaniğinde artık net konumlar ve momentumlar yerine olasılıklardan söz edilir. her parçacık bir (bkz: dalga fonksiyonu) ile tanımlanır. parçacığa ait tüm bilgi bu fonksiyon içerisindedir. Fizikçi Nick Herbert, dünyayı “sadece baktığımız zaman madde görüntüsü veren, aslında durmaksızın akan bir dalga çorbası” şeklinde tanımlar.
kuantum mekaniğindeki en önemli unsurlardan biri gözlemcidir. kuantum dünyasındaki bir parçacığı gözlemeye kalktığınızda, parçacığın (bkz: süperpozisyon) durumunu çökertirsiniz. bunun en iyi örneği (bkz: çift yarık deneyi)dir. (bkz: schrödinger'in kedisi) düşünce deneyi de bu konuyu inceler.
gözlemcinin dalga çökertme etkisi nedeniyle ortaya çıkan bazı belirsizlikler var. örneğin klasik fiziğe konu olan makro boyuttaki bir cismin, mesela bir kamyonun, bulunduğu yeri ve hızını aynı anda kesin şekilde ölçebiliriz. ancak atomaltı parçacıklarda, yani mikro boyutta işler böyle yürümüyor. bir gözlemci olaya dahil olup bir ölçüm yaptığında, mesela bir parçacığın yerini kesin bir şekilde ölçtüğünde, parçacığın hızını aynı kesinlikle ölçemiyor. hatta aksine, hızın ölçümüne ilişkin belirsizlik, konumun kesinliğiyle orantılı olarak artıyor. yani konum ne kadar kesinse hız o kadar belirsiz oluyor. buna da heisenberg (bkz: belirsizlik ilkesi) adını veriyoruz.
yine kuantum mekaniğinde, klasik fizikte olmayan (bkz: kuantum dolanıklık), madde-parçacık ikiliği gibi, atomaltı parçacıklara özgü birtakım özellikler bulunur. bu özellikler, kuantum fiziğinin bugün birçok alanda kullanılmasını ve özellikle teknolojik gelişmeler konusunda önde gelen fizik dallarından biri olmasını sağlamıştır.