量子熱學的基本原理就是量子論，即微觀世界數學量（運動，能量等）的不連續性。還有普朗克常量，玻爾原子模型，互補原理，或波粒二象性，不確定性理論，機率論，不相容原理等。量子論的起源來自一個你們熟悉的現象，這一現象并不屬于原子化學學的核心部份。任何一塊物質在被加熱時就會發光，并在高濕度下達到紅熱和白熱，發光的照度與材料的表面關系不大，而對于宋體，只與濕度有關。
為此，宋體在低溫下發出的幅射作為數學學研究的適當對象，被覺得應當可以按照已知的幅射和電學定理找到一個簡單的解釋。并且化學學家瑞利和金斯在十九世紀末的努力卻以失敗告終，闡明了宋體幅射問題的嚴重性。
在量子熱學中，一個數學體系的狀態由狀態函數表示量子物理基礎公式，狀態函數的任意線性疊加一直代表體系的一種可能狀態。狀態隨時間的變化依循一個線性微分等式，該多項式預言體系的行為，數學量由滿足一定條件的、代表某種運算的算符表示；檢測處于某一狀態的化學體系的某一化學量的操作，對應于代表該量的算符對其狀態函數的作用；檢測的可能取值由該算符的本征多項式決定，檢測的期望值由一個包含該算符的積分多項式估算。
通常而言，量子熱學并不對一次觀測確定地預言一個單獨的結果。取而代之，它預言一組可能發生的不同結果，并告訴我們每位結果出現的機率。也就是說量子物理基礎公式，假如我們對大量類似的系統作同樣地檢測，每一個系統以同樣的形式起始，我們將會找到檢測的結果為A出現一定的次數，為B出現另一不同的次數等等。
人們可以預言結果為A或B的出現的次數的近似值，但不能對某些檢測的特定結果作出預言。狀態函數的模平方代表作為其變量的數學量出現的概率。按照這種基本原理并附以其他必要的假定，量子熱學可以解釋原子和亞原子的各類現象。
量子熱學是描寫微觀物質的一種數學學理論，與相對論一起被覺得是現代數學學的兩大基本支柱，許多數學學理論和科學如原子化學學、固體化學學、核化學學和粒子化學學以及其它相關的學科都是以量子熱學為基礎。19世紀末，精典熱學和精典電動熱學在描述微觀系統時的不足越來越明顯。量子熱學是在20世紀初由普朗克、尼爾斯·玻爾、沃納·海森堡、薛定諤、沃爾夫岡·泡利、德布羅意、馬克斯·玻恩、恩里科·費米、保羅·狄拉克等一大批化學學家共同創辦的。
通過量子力學的發展人們對物質的結構以及其互相作用的看法被革命化地改變。通過量子力學許多現象才得以真正地被解釋，新的、無法直覺想像下來的現象被預言，并且這種現象可以通過量子力學被精確地估算下來，但是后來也獲得了極其精確的實驗證明。除通過廣義相對論描寫的引力外，至今所有其它數學基本互相作用均可以在量子熱學的框架內描寫（量子場論）。