Em 1925, o físico alemão Werner Heisenberg (1901-1976), em conjunto com Max Born e Pascual Jordan, apresentou a primeira formulação completa da mecânica quântica moderna. Usando matrizes para descrever as transições entre os estados quânticos e outras grandezas físicas, a teoria se tornou conhecida como mecânica matricial. No mesmo ano, a nova teoria se provou correta, com Wolfgang Pauli a utilizando para calcular detalhes do espectro do átomo de hidrogênio. No ano seguinte, Erwin Schrödinger demonstrou que a mecânica matricial era matematicamente equivalente a sua teoria ondulatória da mecânica quântica.  

Em 1927, Heisenberg formulou o princípio da incerteza, segundo o qual certas propriedades de uma partícula, como sua posição e velocidade, não podem ser conhecidas simultaneamente com precisão arbitrária. 

Heisenberg também participou do desenvolvimento da principal interpretação da mecânica quântica, a chamada interpretação de Copenhagen, introduzindo o conceito de colapso da função de onda. Por suas contribuições fundamentais, recebeu o Prêmio Nobel de Física de 1932.

Durante a Segunda Guerra Mundial, Heisenberg colaborou com o programa nuclear da Alemanha nazista. Após a guerra, trabalhou para reconstruir a ciência na Alemanha Ocidental, além de participar da criação da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN).