مشاهدات تجربی در اواخر قرن نوزدهم نشان داد که مکانیک کلاسیک در دو مورد از توجیه پدیده‌ها ناتوان است، یکی سرعتهای بالا نزدیک به سرعت نور و دیگری ذراتی که در حد اتم و کوچک‌تر از آنها هستند. همین امر موجب ظهور مکانیک کوانتوم برای توضیح رفتار ذرات اتمی و زیر اتمی و مکانیک نسبیتی برای سرعت های بالا شد. از آنجاییکه ذرات زیر اتمی نیز با سرعت های بالا سیر می‌‌کنند، لزوم ترکیب مکانیک کوانتومی و نسبیت را نشان داد که توسط دیراک انجام شد.

مفاهیم اولیه
فرمولبندی مکانیک نیوتنی در مورد اجسامی که با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند و نیز در مورد اجسام با ابعاد میکروسکوپی مانند الکترونها با شکست مواجه شد. برای خروج از این بن‌بست فرمولبندی مکانیک کوانتومی در مورد اجسام با ابعاد میکروسکوپی و فرمولبندی نظریه نسبیت خاص در مورد اجسام متحرک با سرعت‌های بالا بوجود آمد.


پیدایش کوانتم مکانیک
در سال 1920 نظریه‌ای موسوم به مکانیک کوانتومی پای به عرصه نهاد و به‌وسیله اروین شرودینگر به مفیدترین شکلش به شیمیدانان عرضه شد. شرودینگر برای بیان حرکت یک الکترون براساس انرژی آن، یک سری معادلات ریاضی را حل کرد. این معادلات ریاضی موسوم به معادلات موجی است. زیرا براساس این نظریه پیشنهاد شده است که الکترونها علاوه بر خواص ذره‌ای و خواص موجی نیز دارند.


سیر تحولی و رشد
در سال 1924 جوان 23 ساله‌ای از طبقه اشراف فرانسه، به نام مارکی لویی دوبروی، که مطالعات علمی خود را با تحصیل تاریخ قرون وسطی آغاز کرد و بعدها کم کم به فیزیک نظری علاقه‌مند شد، رساله دکترایی به دانشگاه علوم پاریس عرضه داشت که شامل نظریه‌های شگفتی بود.

دوبروی عقیده داشت که حرکت ذرات مادی توسط موجهایی همراهی و هدایت می‌شود که همراه با ماده در فضا انتشار می‌یابد. اگر چنین باشد مدارهای کوانتومی برگزیده در مدل اتمی بور می‌تواند همچون مدارهایی تعبیر شود که طول آنها شامل تعداد صحیحی از این فیزیک امواج باشد. همچنین در مدارهایی با شعاع متوسط، موجی که دور می‌زند نمی‌تواند به خودش ختم شود و لذا این نوع حرکت نمی‌تواند وجود داشته باشد.

بنابراین دوبروی، با ضربه‌ای جسورانه مدارهای اتمی بور را در هم شکست. نظریه دوبروی در سال 1926 توسط ارین شرودینگر، فیزیکدان اتریشی تعییم داده شد و بر مبنای صرفاً ریاضی قرار گرفت. شرودینگر این نظریه‌ها را در معادله معروف خود بنام معادله شرودینگر، که قابل استفاده در حرکت ذرات در هر میدان نیرویی بود، قرار داد. استفاده از این معادله در مورد هیدروژن و نیز در مورد اتمهایی پیچیده، نتایج نظریه مدارهای کوانتومی را دوباره به دست داد.