gren av kvantefysikken, danner grunnlaget for den moderne beskrivelse av mikrokosmos, dvs. av elektroner, atomer og atomære systemer og av subatomære partikler (elementærpartikler). Kvantemekanikken bygger på undersøkelser som viser at materien har en dualistisk natur, dvs. at den dels viser bølgeegenskaper, dels partikkelegenskaper. Bølgeegenskapene kommer først og fremst til syne som interferens, f.eks. analogt til at bølger på vann kan forsterke eller svekke hverandre i forskjellige retninger. Partikkelnaturen gjør seg gjeldende ved at en rekke størrelser som ladning, masse og spinn opptrer i form av udelelige minstekvanter.
En beskrivelse hvorav både bølge- og partikkelegenskapene lot seg avlede, ble først gitt av E. Schrödinger og W. Heisenberg ca. 1925. Deres teorier danner grunnlaget for den ikke-relativistiske kvantemekanikken, tidligere ofte kalt bølgemekanikk. Den relativistiske kvantemekanikken ble først utformet av P. A. M. Dirac 1928.
For å formulere en fullstendig konstistent relativistisk kvanteteori må man ta i bruk en videreføring av kvantemekanikken, nemlig kvantefeltteorien. Denne danner grunnlaget for beskrivelsen av vekselvirkningskrefter mellom partikler og dannelse og annihilasjon av partikler.
Kvantemekanikken danner grunnlaget for kvantestatistikken. Se kvantefysikk og kvantefeltteori.