فیزیک کوانتومی، علم توصیف چیزهای بسیار کوچک، کوچک‌تر از میلیاردم یک متر در مقیاس اتم‌ها، ذرات زیراتمی و طول موج نور است.
دنیای فیزیک کوانتومی، مکانی شگفت‌انگیز است که در آن ذرات زیراتمی می‌توانند کارهای به ظاهر معجزه آسایی انجام دهند. آن‌ها می توانند در یک مکان ناپدید شوند و به طور خودبخودی در مکان دیگری ظاهر شوند یا با وجود اینکه در دو سمت مخالف جهان قرار دارند، به طور آنی، با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
فیزیک کوانتومی ما را به مرز آنچه درباره‌ی فیزیک می‌دانیم سوق می‌دهد، علمی که دانشمندان در تفسیرهای خود از معنای آن اختلاف دارند. تنها چیزی که همه با آن موافق هستند این است که طبیعت در کوچکترین مقیاس‌ها، احتمالاتی است (خدا واقعا تاس بازی می‌کند). مثلا احتمال، محتمل‌ترین موقعیت، انرژی، تکانه یا بسیاری دیگر از کمیت‌های بنیادی را تعیین می‌کند.
برای برخی از دانشمندان، این به معنای وسعت معنای پشت فیزیک کوانتومی است و برای برخی دیگر، به چندجهانی واقعیت‌های موازی اشاره دارد، جایی که هر احتمالی رخ می‌دهد. هنوز هیچ مدرک مستقیمی وجود ندارد که این تفسیر جهان‌های چندگانه درست است، اما ریاضیات قطعا نشان می‌دهد که قطعا ممکن است.
فیزیک کوانتومی علم است نه جادو؛ اما کاری که می‌تواند انجام دهد واقعا جادویی است. ما با تلاش برای درک آن، خود را در حال تعمق در طبیعت و واقعیت می‌یابیم.
ذرات واقعی می‌توانند با ذرات مجازی که انرژی را از جهان قرض می‌گیرند، ترکیب شوند و این برهمکنش‌ها بر نیروهای بنیادی که اتم‌ها و مولکول‌ها را به هم مقید می‌کنند و ساختار خود ماده را ایجاد می‌نمایند، حکم می‌رانند.
فیزیک کوانتومی نشان می‌دهد که چگونه خواص بسیاری در مقیاس‌های کوچک کوانتیده می‌شوند، یعنی به جای اینکه به طور پیوسته مقادیر مختلفی داشته باشند، به واحدهای گسسته تقسیم می‌شوند. تصور خواص موجود در این دنیای میکروسکوپی، در دنیای روزمره‌ی ما دشوار است. به عنوان مثال، ذراتی مانند الکترون وجود دارند که ابعاد فیزیکی ندارند و برخی از آن‌ها بدون جرم‌اند.
از همه جالب‌تر، این تصور است که ذرات می‌توانند مانند امواج عمل کنند و امواج می‌توانند مانند ذرات عمل کنند. این واقعیت ساده اما گیج‌کننده، در قلب فیزیک کوانتومی و هر آنچه که متعاقباً از آن سرچشمه می‌گیرد، نهفته است. مدت زیادی طول کشید تا دانشمندان این ایده عجیب را بپذیرند و انقلابی که در پی آن آمد، تأثیر عمیقی بر علم نوین گذاشت. با این وجود، کشف نظریه کوانتومی ریشه در بحث بسیار قدیمی‌تری در قرن‌ها قبل داشت: آیا نور از ذرات ساخته شده یا از امواج؟