X射线、天然放射性、电子是十九世纪末期物理学上的三个重大发现，这三个重大发现改变了人们以往认为原子不可再分的偏狭认识。既然原子可以再分，到底它的内部会是怎么样的呢？研究原子的科学家相继提出了不同的原子模型，其中比较出名的有卢瑟福的“有核模型”和玻尔的“玻尔原子模型”。
卢瑟福的有核模型是这样的：在原子中心有一个极小的原子核，原子的绝大部分质量就集中在这里，它带有的是正电荷，而带有负电荷的电子则围绕这个原子核不停地运动，原子核带有的单位正电荷与绕核运动的电子数是相等的，这样整个原子就会呈中性，原子的结构便相似于太阳系，原子核相当于太阳，电子相当于各个行星。
但是，卢瑟福的有核模型遭到了许多科学家的反对，因为这些科学家根据经典物理学的电磁理论提出了卢瑟福的有核模型无法解释的疑难：加速运动的电荷会辐射电磁波，由于能量减少，电磁波最后会越来越短，这样的话，电子的运动会越来越接近原子核，最后会成为原子核的一部分，这时原子就会毁灭，但事实上，原子的寿命是十分长的，于是有核模型就与事实出现了矛盾；而且电子轨道若不断靠近原子核，它的运动频率和辐射的电磁频率就必须不断地变化，原子辐射的光谱应是连续光谱，但事实上原子的光谱却不是连续的，卢瑟福的有核模型也无法解释这一点。
卢瑟福的学生玻尔为了解释有核模型遇到的难题，把老师的原子结构模型加以改造，成为一个新的原子结构模型，这个新模型被称为“玻尔原子模型”。
玻尔原子模型的主要内容是：一、承认卢瑟福的有核模型，不过电子绕核运动时，一般会在特定轨道上运行，这时原子的状态是稳定的，不会向外辐射能量；二、当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道，原子的状态就会从稳定转为不稳定，这时原子便会向外辐射一定频率的光，光的能量由轨道间的能量差决定；三、电子的轨道不是连续的，因而原子的定态也不是连续的，原子辐射的光也就是不连续的。
玻尔的原子模型解决了有核模型无法解释的难题，得到了众多科学家的肯定。还有，玻尔在理论中提出原子定态、量子跃迁等概念，有力地推动了量子力学的发展。但是，玻尔的原子模型只能够解释氢原子的光谱线现象，对其它较为复杂的原子的光谱线现象却无法作出合理解释，这证明玻尔的原子模型还存在较大的缺陷。
为了摆脱玻尔原子理论的局限，让原子的光谱线现象得到解释，法国科学家德布罗意把爱因斯坦的光的波粒二象性扩展到其它微粒上，在一九二三年发表三篇论文中他提出了物质波的理论：电子等微粒像光一样，既具有粒子的性质，也具有波的性质，因此爱因斯坦的光量子能量公式不仅适用于光，同样适用于电子。德布罗意为了证明他的理论，他预言电子穿过小孔时，会产生与光的衍射相似的现象。
后来德布罗意的预言得到了肯定，科学家通过实验证明电子不仅具有粒子的性质，还具有波的性质，不仅如此，其它的微粒，质子、原子等微粒同样具有波粒二象性。
玻尔、德布罗意在量子力学上都取得了伟大的成就，由于他们的卓越贡献，二人同被人们尊为量子力学的创始人。这时的量子力学虽已到达了一定阶段，但它的创立仍未完成。出生于德国维尔兹堡的海森堡经过自己的努力，也成为量子力学创始人之一。
海森堡研究过玻尔的原子结构理论后，大胆抛弃了玻尔的轨道概念，但又灵活地肯定玻尔的其它理论，在这样的思想方针下，海森堡利用光的频率和强度这两个可知的物理量，以代数学的矩阵为基础研究出了求解其它物理量的方法。后来海森堡的老师玻恩等人用数学的矩阵方法把海森堡的思想发展成为系统的理论，称之为矩阵力学。
海森堡的好朋友泡利利用矩阵力学去处理氢原子光谱，计算出来的情况与实际符合，科学家又再用矩阵力学去处理其它的疑难问题，也获得了成功，这证明了矩阵力学是正确的理论。
出生于奥地利维也纳的科学家薛定谔，也是量子力学的一位重要人物，他是数学方程形式的量子力学——波动力学的主要创立者。薛定谔在细心考虑过爱因斯坦的量子理论和德布罗意的物质波理论后，又经过反复研究，最后提出了著名的“薛定谔方程”，创立了波动力学。
“薛定谔方程”提出两年之后，英国科学家狄拉克把相对论思想融入薛定谔方程中，成为狄拉克方程。
一九二七年，也就是狄拉克方程提出的前一年，海森堡提出了“测不准原理”，他认为，在测量过程中，会有一些难以确定的作用影响到测量的结果，因而粒子的位置和速度不可能同时确定，假如确定了粒子的位置，它的速度就难以确定，确定了它的速度，位置又难以确定了。与海森堡提出“测不准原理”同年，玻尔提出了“互补原理”，以哲学的观点来解释量子力学。根据这些理论，我们只能了解到粒子的出现几率而无法确定粒子何时何地一定出现。
量子力学的几率解释遭到了属于量子力学三元老之一的爱因斯坦强烈反对，因为爱因斯坦坚信，自然界中，一切都是由前因而来，有什么样的前因，就会有什么样的结果，按照这一点，什么都是能够测算出来的，自然界不可能在掷骰子来决定粒子是否出现。
