量子力學是描述微觀物質的理論，與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱，許多物理學理論和科學如原子物理學、固體物理學、核物理學和粒子物理學以及許多相關的學科都是以量子力學為基礎所進行的。
量子力學和相對論在現代物理中具有舉足輕重的效果，許多學科都與量子力學的研究有關。沒有量子力學，可以就沒有我們熟知的半導體技術、計算機科學與信息技術、蛋白質及DNA分子結構的發現、X射線衍射技術、電子顯微術、中子顯微術等對生命科學發展至關重要的科學分支。
然而真正去研究量子力學的歷史，才發現一些仿佛都是偶然，一切又都仿佛是必須。無數的科學家前僕後繼，添磚加瓦，才有了量子理論今天驕人的成就。原子彈、核武器等等國之重器，也就是量子力學研究的高端衍生品。
那為什麼會出現量子力學理論，這要追溯到19世紀末20世紀初。那時候經典物理已經發展到了相當完善的地步。1900年4月27日，英國著名物理學家威廉.湯姆生（即開爾文男爵）在回顧物理學所取得的偉大成就時說，「物理大廈已經落成，所剩只是一些修飾工作」。然而這段他英國皇家學會的發言，卻突然話鋒一轉，他在展望20世紀物理學前景時，卻若有所思地講道：「動力理論肯定了熱和光是運動的兩種方式，現在，它的美麗而晴朗的天空卻被兩朵烏雲籠罩了。」
他所說的第一朵烏雲出現在光的波動理論上，第二朵烏雲出現在關於能量均分的麥克斯韋-玻爾茲曼理論上。這都是當年的科學家在物理實驗中遇到的困難，這些問題用經典物理學不但無法給出完美的解釋，甚至得出相謬的結論來。
威廉.湯姆生所說的第一朵烏雲，主要是指麥可遜-莫雷實驗結果和以太漂移說相矛盾。在經典理論中，為了解釋光波在真空中傳播，物理學家給光找了個傳播介質―「以太」。但是，如果「以太」真的存在，新的問題又產生了：地球以每秒30公裡的速度繞太陽運動，就必須會遇到每秒30公裡的「以太風」迎面吹來，同時，它也必須對光的傳播產生影響。
為了觀測「以太風」是否存在，邁克耳遜與莫雷合作，在克利夫蘭進行了一個著名的「邁克耳遜－莫雷實驗」，但是實驗結果和卻以太漂移說相矛盾。這樣一來，科學家們或者必須放棄曾經解釋電磁及光的許多現象的以太理論；如果他們不敢放棄以太，那麼他們必須放棄比「以太學」更古老的哥白尼的地動說。
威廉.湯姆生所說的第二朵烏雲，主要是指熱學中的能量均分定則在氣體比熱以及熱輻射能譜的理論解釋中得出與實驗不等的結果，其中尤以黑體輻射理論中所謂的「紫外災難」最為突出。
在同樣的溫度下，不同物體的發光亮度和顏色（波長）不同。顏色深的物體吸收輻射的本領比較強，比如煤炭對電磁波的吸收率可達到80％左右。所謂「黑體」是指能夠全部吸收外來的輻射而毫無任何反射和透射，吸收率是100％的理想物體。19世紀末，盧梅爾等人的著名實驗―黑體輻射實驗中，發現黑體輻射的能量不是連續的，它按波長的分布僅與黑體的溫度有關。從經典物理學的角度看來，這個實驗的結果是不可思議的。
怎樣解釋黑體輻射實驗的結果呢？當時，人們都從經典物理學出發尋找實驗的規律。前提和出發點不正確，最後都導致了失敗的結果。例如，德國物理學家維恩建立起黑體輻射能量按波長分布的公式，但這個公式只在波長比較短、溫度比較低的時候才和實驗事實符合。英國物理學家瑞利和物理學家、天文學家金斯認為能量是一種連續變化的物理量，建立起在波長比較長、溫度比較高的時候和實驗事實比較符合的黑體輻射公式。但是，從瑞利一金斯公式推出，在短波區（紫外光區）隨著波長的變短，輻射強度可以無止境地增加，這和實驗數據相差十萬八千裡，是根本不可能的。所以這個失敗被埃倫菲斯特稱為「紫外災難」。它的失敗無可懷疑地表明經典物理學理論在黑體輻射問題上的失敗，所以這也是整個經典物理學的「災難」。
這些實驗困難被看作是「晴朗天空的幾朵烏雲」，然而正是這幾朵烏雲引發了物理界的變革。
這些問題困擾了許多前沿的物理學家，由於使用經典物理的理論無法解釋這些關係。首先是馬克思·普朗克在黑體輻射問題上腦洞大開，索性把將物體中的原子看作微小的諧振子，從而獲得了一個公式卻解釋黑體輻射。為了讓這個公式成立，他不得不假設這些原子諧振子的能量，不是連續的，而是離散的。
然而這個看似不是辦法的辦法，卻被愛因斯坦智慧的大腦捕捉到了，並且推廣開來，做出了讓世人矚目的成果。當然，這一切還基於另外一個年輕人的工作。那就是天才的物理學家赫茲。
1887年，德國物理學家海因裡希·魯道夫·赫茲柏林大學做實驗，目的是驗證韋伯與麥克斯韋誰的電磁學理論正確，他通過反覆調整和改進實驗裝置，終於證明了麥克斯韋理論的正確，並且完善了麥克斯韋方程。正是他的實驗和理論推廣，20世紀的無線通訊得以蓬勃發展，惠及直到今天的千家萬戶。然而，就是在這個實驗中，他注意到帶電物體當被紫外光照射時會很快失去它的電荷，這就是後世著名的光電效應。紫外線入射於火花間隙會幫助產生火花，這個發現立刻引起了物理學者們的好奇心，其中包括威廉·霍爾伐克士、奧古斯圖·裡吉、亞歷山大·史託勒託夫等等。他們進行了一系列關於光波對於帶電物體所產生效應的研究調查，特別是紫外線。
由於紫外線照射，大量電子從金屬表面逸出。經研究發現，光電效應呈現以下幾個特點：a. 有一個確定的臨界頻率，只有入射光的頻率大於臨界頻率，才會有光電子逸出。b. 每個光電子的能量只與照射光的頻率有關。c. 入射光頻率大於臨界頻率時，只要光一照上，幾乎立刻觀測到光電子。以上3個特點，c是定量上的問題，而a、b在原則上無法用經典物理來解釋。
1905年，愛因斯坦發表論文《關於光的產生和轉化的一個試探性觀點》，對於光電效應給出另外一種解釋。他將光束描述為一群離散的量子，現稱為光子，而不是連續性波動。
這好比是科學界的多米諾骨牌，一個一個的連鎖反應，一個一個的思維火花碰撞，一個一個的科學發現，真是精英輩出，讓人嘆為觀止。
很快地，愛因斯坦的論文引起美國物理學者羅伯特·密立根的注意，最初時候他是不接受愛因斯坦的理論，為了證明愛因斯坦的錯誤，他在之後的十年內，一直沒有忘記去做實驗研究光電效應。在無數的實驗之後，直到1916年，是這個充滿質疑的科學家密立根卻用實驗證實了愛因斯坦的理論是正確的，這真是科學家的趣聞。不僅如此，他還用光電效應直接計算出了普朗克常數。
1923年，密立根因為「關於基本電荷以及光電效應的工作」獲頒諾貝爾物理學獎。
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