У 1900 р М. Планк висловив припущення про квантову природу світла, яке виникло при вивченні класичної проблеми випромінювання "чорного тіла". Дослідження інфрачервоного випромінювання (ІК), відкритого в 1800 р В. Гершелем, знайшло підтвердження в теорії М. Планка. Формула М. Планка зв'язала інтенсивність теплового випромінювання з довжиною хвилі при різних температурах нагріву речовини.
Теорія квантів М. Планка зробила справжню революцію у фізиці. Вона стала основою для атомної теорії, оскільки в 1913 р Н. Бор застосував її до будови атома, а також пояснила рух електронів в твердих тілах і дала початок квантової фізики. Було доведено, що речовина випромінює або поглинає енергію кінцевими порціями (квантами), пропорційними випромінюваної або поглинається частоті. Енергія одного кванта E = h v, де v - частота випромінювання, a h - універсальна константа, названа постійної М. Планка. За відкриття кванта М. Планк став лауреатом Нобелівської премії з фізики в 1918 р
Квантова теорія знову загострила протиріччя, пов'язані з природою світла. У 1923 р Л. де Бройль висунув і обґрунтував гіпотезу про універсальність дуалізму в мікросвіті. Він поширив ідею А. Ейнштейна, висловлену в 1905 р про подвійність природи світла і речовини, тобто кожній частинці матерії, зокрема, електрону, повинна відповідати хвиля. Скориставшись теорій відносності, де Бройль вивів формулу, яка б пов'язала довжину хвилі рухається частинки з її імпульсом: Х = h / P, де h - постійна М. Планка. За відкриття хвильової природи електронів де Бройль був удостоєний Нобелівської премії з фізики, а його теорія лягла в основу хвильової механіки. Відкриття дифракції (хвильових) властивостей мікрочастинок привели до розробки нових методів дослідження структури речовин, зокрема електронно-оптичних методів.
Квантову механіку, за визначенням швейцарського фізика В. Паулі, називають "теорією додатковості", оскільки квантовий об'єкт може бути і часткою, і хвилею, але ніколи ні тим, ні іншим одночасно. Результати досліджень, отримані в тому чи іншому випадку, не виключають, а доповнюють один одного. Це здається парадоксом, про який його першовідкривач, геніальний А. Ейнштейн в кінці життя сказав наступне: "В наші дні кожен студент думає, що йому це зрозуміло. Але він помиляється". Принцип квантової теорії ліг в основу теорії ймовірностей, широко поширилася в науці XX ст.