یکی از تفاوتهای اساسی میان مکانیک کلاسیک و کوانتومی در ماهیت کمیتهای فیزیکی است. در مکانیک کوانتومی، کمیتها گسسته هستند و نتایج اندازهگیریها ماهیت تصادفی دارند. برای توصیف ریاضی این ویژگیهای خاص، از فضای هیلبرت استفاده میشود. بردارهای این فضا که حالتهای کوانتومی سیستمهای فیزیکی را توصیف میکنند، به ما امکان میدهند احتمال مشاهده هر یک از مقادیر ممکن در اندازهگیری و همچنین مقدار میانگین کمیتهای فیزیکی را محاسبه کنیم.
در فیزیک کلاسیک، اندازهگیری به معنای مشاهده و ثبت ویژگیهایی مانند موقعیت یا سرعت یک جسم است، بدون اینکه حالت جسم تغییر کند. به عبارت دیگر، اندازهگیری در فیزیک کلاسیک صرفاً بازتابی از واقعیت موجود است. در مقابل، در فیزیک کوانتومی، اندازهگیری مفهومی کاملاً متفاوت دارد. یک ذره در حالت برهمنهی میتواند بهطور همزمان در چندین وضعیت ممکن وجود داشته باشد که هرکدام با احتمال مشخصی همراه هستند. فرآیند اندازهگیری باعث فروپاشی این حالت برهمنهی به یکی از حالتهای ممکن میشود. به عبارتی، در مکانیک کوانتومی، فرآیند اندازهگیری یک عمل منفعل (مانند ثبت یا مشاهده صرف در فیزیک کلاسیک) نیست، بلکه فعالانه باعث تغییر حالت سیستم میشود. این فرآیند نهتنها ویژگی خاصی از سیستم را آشکار میکند، بلکه بهطور مستقیم بر حالت سیستم تأثیر میگذارد. بهطور خلاصه، در فیزیک کلاسیک، اندازهگیری بدون تغییر در حالت سیستم انجام میشود، اما در فیزیک کوانتومی، اندازهگیری نهتنها نتیجه را مشخص میکند، بلکه حالت سیستم را نیز تغییر داده و آن را به یکی از حالتهای ممکن فرو میپاشاند.
معادله شرودینگر یک معادله ریاضیاتی است که چگونگی تغییر حالت یک سیستم کوانتومی را در طول زمان توضیح میدهد. این معادله نشان میدهد که انرژی کل یک سیستم تعیینکنندهی رفتار و تحول زمانی آن است. به زبان ساده، معادله شرودینگر مانند یک "دستورالعمل" است که بیان میکند که با دانستن انرژی یک سیستم کوانتومی، میتوانیم پیشبینی کنیم که حالت آن در آینده چگونه خواهد بود.
اصل عدم قطعیت هایزنبرگ بیان میکند که اندازهگیری دقیق همزمان مکان و تکانه یک ذره امکانپذیر نیست. هرچه یکی از این دو را با دقت بیشتری بدانیم، دقت دانسته ما درباره دیگری کمتر خواهد بود. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مفهومی بنیادی در مکانیک کوانتومی است و نشاندهنده محدودیتهای اندازهگیری و دانش در مقیاسهای بسیار کوچک است.
مشاهدهپذیر کوانتومی خاصیتی نظیر موقعیت، تکانه، انرژی یا اسپین از یک سیستم کوانتومی است که میتوان آن را اندازهگیری کرد. به مشاهده پذیر بهعنوان چیزی در دنیای کوانتومی فکر کنید که در پاسخ به یک "سؤالی که میتوانیم درباره سیستم بپرسیم" مربوط میشود و پاسخ آن از طریق انجام یک اندازهگیری به دست میآید.
برهمنهی کوانتومی به زبان ساده به این معناست که یک چیز میتواند همزمان در چند حالت وجود داشته باشد؛ همانند اینکه یک چراغ همزمان روشن و خاموش باشد. زمانی که به چراغ نگاه کنیم، تنها یکی از این حالات را میبینیم؛ یعنی با نگاه کردن متوجه میشویم که خاموش یا روشن است و بدیهی است تا زمانی که آن را نگاه نکنیم، گویی هر دو حالت خاموش و روشن با هم وجود دارند.
تابع موج در مکانیک کوانتومی یک تعریف ریاضیاتی از حالت کوانتومی یک ذره یا سیستمی از ذرات میباشد. تابع موج اطلاعاتی مبنی بر احتمال یافتن ذره در یک مکان یا حالت را میدهد؛ یافتن احتمال پیدا کردن ذره در مکان مورد نظر و نه یافتن مکان دقیق آن از اطلاعات قابل دستیابی توسط تابع موج میباشد.