Die Quantentheorie beschreibt die Eigenschaften der kleinsten Teile der Materie von den Quarks über die Elementarteilchen und Atome bis hin zu Molekülen und Festkörpern. Das Bohr´sche Atommodell und die Quantenbedingungen nach Bohr/Sommerfeld sind die Grundlage dazu. Insbesondere die Spektroskopie gibt Informationen über den Aufbau von Molekülen, Atomen und subatomaren Bausteinen und zeigt die Systematik des Atomaufbaus im Periodensystem der Elemente. Spezielle Anwendungen der Quantentheorie sind der Quanten-Hall-Effekt und der Josephson-Effekt zur Definition der Maßeinheiten des elektrischen Widerstands und der Spannung sowie der Tunneleffekt, der die atomare Struktur von Oberflächen sichtbar macht. Elektronen- und Kernspinresonanz sowie die Computertomografie spielen in der Medizin eine wichtige Rolle. Die Kernspaltung und die Kernfusion dienen zur Energiegewinnung.