雖然量子熱學是為描述遠離我們的日常生活經驗的具象原子世界而成立的，但它對日常生活的影響無比巨大。沒有量子熱學作為工具，就不可能有物理、生物、醫學以及其他每一個關鍵學科的引人入勝的進展。沒有量子熱學就沒有全球經濟可言，由于作為量子熱學的產物的電子學革命將我們帶入了計算機時代。同時，光子學的革命也將我們帶入信息時代。量子化學的杰作改變了我們的世界量子物理有什么用，科學革命為這個世界帶來了的福音，也帶來了潛在的恐嚇。
其實用下邊的一段資料能最好地描述這個至關重要但又無法飄忽的理論的奇特地位：量子理論是科學史上能最精確地被實驗檢驗的理論，是科學史上最成功的理論。量子熱學深深地困惑了它的創辦者，但是，直至它本質上被敘述成通用方式的明天，一些科學界的精英們雖然承認它強悍的威力，卻依然對它的基礎和基本探求不滿意。
馬克斯·普朗克（Max）提出量子概念100多年了，在他關于熱幅射的精典論文中，普朗克假設震動系統的總能量不能連續改變，而是以不連續的能量子方式從一個值跳到另一個值。能量子的概念太激進了，普朗克后來將它擱置出來。此后量子物理有什么用，愛因斯坦在1905年（這一年對他來說是非凡的一年）認識到光量子化的潛在意義。不過量子的觀念太詭異了，后來幾乎沒有根本性的進展。現代量子理論的成立則是嶄新的一代化學學家花了20多年時間構建的。
量子化學實際上包含兩個方面。一個是原子層次的物質理論：量子熱學，正是它我們能夠理解和操縱物質世界；另一個是量子場論，它在科學中起到一個完全不同的作用。
舊量子論
量子革命的導火線不是對物質的研究，而是幅射問題。具體的挑戰是理解宋體（即某種熱的物體）幅射的波譜。烤過火的人都很熟悉這樣一種現象：熱的物體發光，越熱發出的光越明亮。波譜的范圍很廣，當氣溫下降時，波譜的峰值從紅線向黃線聯通，之后又向藍線聯通（那些不是我們能直接看到的）。
結合熱力學和電磁學的概念其實可以對波譜的形狀做出解釋，不過所有的嘗試均以失敗告終。但是，普朗克假設震動電子幅射的光的能量是量子化的，因而得到一個表達式，與實驗符合得相當完美。并且他也充分認識到，理論本身是很可笑的，如同他后來所說的那樣：“量子化只不過是一個走投無路的做法”。
普朗克將他的量子假定應用到幅射體表面振子的能量上，假如沒有新秀阿爾伯特·愛因斯坦（），量子化學似乎要至此結束。1905年，他毫不遲疑的斷言：假如振子的能量是量子化的，這么形成光的電磁場的能量也應當是量子化的。雖然麥克斯韋理論以及一個多世紀的權威性實驗都表明光具有波動性，愛因斯坦的理論還是蘊涵了光的粒子性行為。此后十多年的光電效應實驗顯示僅當光的能量抵達一些離散的量值時才能被吸收，這種能量如同是被一個個粒子攜帶著一樣。光的波粒二象性取決于你觀察問題的著眼點，這是一直貫串于量子化學且令人煩躁的實例之一，它成為接出來20年中理論上的困局。
幅射困局促使了通往量子理論的第一步，物質悖論則促使了第二步。眾所周知，原子包含正負兩種電荷的粒子，異號電荷互相吸引。依照電磁理論，正負電荷彼此將螺旋式的緊靠，輻射出波譜范圍廣闊的光，直至原子倒塌為止。
接著，又是一個新秀尼爾斯·玻爾（NielsBohr）邁出了決定性的一步。1913年，玻爾提出了一個激進的假定：原子中的電子只能處于包含能級在內的定態上，電子在兩個定態之間躍遷而改變它的能量，同時輻射出一定波長的光，光的波長取決于定態之間的能量差。結合已知的定理和這一詭異的假定，玻爾掃清了原子穩定性的問題。玻爾的理論飽含了矛盾，并且為氫原子波譜提供了定量的描述。