量子力學是一個極其詭異的理論，其特點之一就是物體具有某些不確定的屬性。
物體的量子屬性都是可能性的分布，這種分布以及隨時間變化的方式都存在於物體的波函數中。從模糊的可能性到特定可測量屬性的轉變，通常被稱為「波函數坍縮」（詳情見顛覆認知與世界觀的量子力學實驗）。
位置作為量子屬性的一種，也同樣具有不確定性，而且位置的不確定性會導致怪異的結果。法國數學家和物理學家路易斯·德布羅意指出任何物體都是一種物質波。德布羅意波波長定義的是一個物體的位置確定程度。波長大則意味著位置不確定度高，反之則低。
物體的德布羅意波波長取決於其動量p（質量乘以速度），動量p越高波長越小，公式為
λ=h/p，p=mv
h為普朗克常數6.63×10^-34 J·s，m是物體的質量，v為物體的速度。
人類是由幾十公斤具有熱運動的粒子組成，我們的德布羅意波波長比普朗克長度還小几個數量級。雖然從理論上我們可能在宇宙各處，但機率太小了，於是只能在最可能的位置上。
然而對於微小的粒子就不同了，比如被緊密束縛的兩個質子和兩個中子，我們稱之為α粒子，亦稱氦核，同時α粒子也可能是某個重原子核的一部分。在重原子核中，α粒子被強核力緊緊束縛於核中。我們將α粒子看成一個困在陡峭的勢能山谷中的球，除非有足夠的動能，否則它不會越過邊界。
但是這畢竟是α粒子而不是球，它的位置具有不確定性。通常情況下，當α粒子接近原子核的核力邊界時，其波包被反射回去。波包的含義是運動粒子可能出現的位置範圍，其可能位置並不會在力界外突然消失，而是以指數方式沿峭壁迅速下降，並且不會降至0。也就是說，仍有很小可能性出現在核外，並不再受強核力的束縛。如果α粒子在不太可能的外界空間取得了位置，那麼看起來就像粒子瞬移出了原子核。
這個過程就叫做量子隧道效應。α粒子以量子隧道效應逃逸原子核，是放射性衰變最重要的機制之一。量子隧道效應也會反向發生，即光子、中子、電子和α粒子等能在各種聚變和粒子捕獲現象中通過量子隧道效應進入原子核。實際上，如果沒有量子隧道效應，那麼恆星便無法把氫轉化為重核元素。各種現代電子產品比如電晶體也要依賴量子隧道現象。