在量子力學中，自旋（Spin）是粒子所具有的內稟性質，其運算規則類似於經典力學的角動量，並因此產生一個磁場。雖然有時會與經典力學中的自轉（例如行星公轉時同時進行的自轉）相類比，但實際上本質是迥異的。經典概念中的自轉，是物體對於其質心的旋轉，比如地球每日的自轉是順著一個通過地心的極軸所作的轉動。而在量子力學中，自旋並不是指量子真的在旋轉。
說到自旋就一定要說這個實驗——施特恩-格拉赫實驗，這個實驗是德國物理學家奧託·施特恩和瓦爾特·格拉赫為證實原子角動量量子化於1921年——1922年期間完成的一個著名實驗。如圖所示，施特恩-格拉赫實驗設法令高溫的銀原子從高溫爐中射出，經狹縫準直後形成一個原子射線束，而後銀原子射線束通過一個不均勻的磁場區域，射線束在磁場作用下發生偏折，最後落在屏上。如果原子磁矩的方向是可以任意取向的，則屏上形成一片黑斑。而實驗發現屏上形成了幾條清晰的黑斑，表明銀原子的磁矩只能取幾個特定的方向，從而驗證了原子角動量的投影是量子化的。施特恩-格拉赫實驗是歷史上第一次直接觀察到原子磁矩取矢量子化的實驗。
按照經典的物理去解釋，經過加熱的銀原子後通過豎直方向上的不均勻磁場時應該是如圖所示的，但是銀原子卻出分成了兩種，一部分在上一部分在下，那也很好解釋，就是這些原子經過豎直方向上的不均勻磁場時給篩選了出來了。但是奇怪的事情在後面，當我們把經過第一次豎直方向上的不均勻磁場後在上方出現的銀原子再次通過豎直方向第二個不均勻磁場時，也很正常的出現在上方，如下圖所示。
圖片來源於網絡但是當我們把第二個豎直方向上的不均勻磁場換成水平方向上的不均勻磁場，就出現了很奇怪的現象了，經過第一個豎直方向上的不均勻磁場的那些銀原子經過水平的不均勻磁場後又分成了水平的兩束，也就是說在所有的銀原之中同時存在上下方向和左右方向的銀原子，換一句話說就是同一個原子可能存在自旋向上或者自旋向下的兩種狀態。
在上圖中經過一次豎直方向上的和一次水平方向上的不均勻磁場後，按照道理應該所有的原子不同的自旋方向應該都給篩選出來了才對，也就是說經過兩次不均勻磁場後的原子不會再出現經過第三次不均勻磁場時不會再次出現分開才對，但是實驗的結果就是那麼的不遂人意。當它再次經過第三個不均勻磁場時，銀原子再次表現出向西的屬性，按照正常的情況下，向下方向的銀原子在第一次經過豎直方向上的不均勻磁場時就給篩選走了才對，看到這個實驗數據科學家們都傻了，怎麼去解釋這個現象呢？只能用疊加態去解釋了，只能說銀原子同時存在向上和向下的自旋，是同時存在並非部分存在。
首先對基本粒子提出自轉與相應角動量概念的是1925年由拉爾夫·克勒尼希、喬治·烏倫貝克與塞繆爾·古德斯米特三人所開創。他們在處理電子的磁場理論時，把電子想像為一個帶電的球體，自轉因而產生磁場。後來在量子力學中，透過理論以及實驗驗證發現基本粒子可視為是不可分割的點粒子，所以物體自轉無法直接套用到自旋角動量上來，因此僅能將自旋視為一種內稟性質，為粒子與生俱來帶有的一種角動量，並且其量值是量子化的，無法被改變（但自旋角動量的指向可以透過操作來改變）。簡單點說自旋不是我們所認為的自轉，而是粒子的內稟屬性，舉個不太恰當的例子（因為自旋實在沒法表述出來，例子不太準確，不喜勿噴）好比人有左手和右手，感覺上左和右是對立的，不應該同時存在，但是我們人就確實是同時有左右手，自旋也是，它也是同時存在左旋和右旋的。
我覺得量子力學其中一個最不可解釋或者理解的就是這個自旋方向同時存在，下一文章會說一說量子力學因自旋而引起的困境。