在微观领域，量子理论揭示了一个奇异的世界，其中物质的内在属性表现出彻底的不确定性。它们的特性并不拥有固定的数值，而仅仅存在于可能状态的概率分布之中。
只有在我们进行观测的那一刹那，物质状态才以某一具体概率坍缩成现实。然而，这并非普遍适用，只在量子系统与某一具体物质发生互动后才会发生，否则所有可能状态都与其他状态具有同等的现实性，尽管它们并非完全相同。
每一种量子属性都伴随其独特的概率分布，这些分布及其随时间的演化全都蕴含在物体的波函数中。从一个弥散的可能状态集合到某一特定的、可测量的状态的转变，通常被称作波函数的塌缩。
位置的量子不确定性能导致令人困惑的后果，这是量子力学早期研究的一项重要发现。法国的科学家路易斯-德布罗意提出，所有物体均具有波动性，可用一组未知可能的波包来描述。这个波包拥有特定的波长，它决定了一个物体位置的不确定性程度。波长越长，意味着位置的不确定性越高；波长短则意味着位置相对确定。这一原理不仅适用于亚原子粒子，也大致适用于所有物质。
想象一下，你此刻在教室中，然而你也有极小的概率出现在操场，甚至月球上。一旦选择观察，你便塌缩了自身的波函数，发现你恰好处于你所处的位置。
物体的德布罗意波长与其动量（质量乘以速度）相关。动量越大，波长越短。事实上，波长等于一个极小的常数——普朗克常数除以动量。
人类由数公斤的活跃颗粒组成，我们自身的德布罗意波长比普朗克长度还要小很多数量级。理论上，你有可能出现在宇宙的任何地方，尽管这种概率微乎其微，而你实际上出现在最可能的位置。
然而，该如何理解这些微观尺度的现象呢？
例如，两个紧密结合的质子和中子组成的α粒子，或是氦核，或是更重原子核的一部分。在这样的系统中，α粒子被强大的核力束缚，仿佛球体位于陡峭的势能谷中，可在内部移动，但除非获得足够的能量，否则它无法跃出边界。
然而，量子物质不同于普通球体，其位置并不固定。当α粒子靠近原子核的强力边界时，其波包像是被反弹回来，描述了粒子可能的位置范围。虽然这些可能的位置不会在力界之外突然消失，但它们沿着陡峭的壁面以指数形式迅速衰减，几乎不会降至零。这意味着，α粒子有微小的概率不再受核力束缚，存在于核外某个地方。
这表明，有极小的概率α粒子不会被反弹，而是在最后一刻出现在不太可能的外界空间，仿佛粒子瞬间从原子核中移出。这种现象叫做量子隧道效应。
α粒子逃离原子核是放射性衰变最重要的机制之一。量子隧道效应也可以逆向发生，光子、中子、电子以及α粒子也能在各种核聚变和捕获现象中，通过量子隧道效应进入原子核。
如果没有量子隧道效应，恒星就无法将氢聚变为重核，随后的一切都将不复存在，生命也无从谈起。许多现代电子产品也依赖量子隧道现象，如晶体管等。
但α粒子穿越屏障的速度有多快呢？理论上，它是瞬时的，这意味着它似乎超越了光速。这听起来可能有问题，因为超光速的观念在许多人心中是根深蒂固的。但要验证这一点极其困难，因为我们无法制造出足够精确的时钟来测量如此短暂的过程。
事实上，除了量子隧道效应，量子纠缠也被认为具有超光速的特性。如果真是这样，将尺度从光子放大到人类尺度，我们似乎得到了瞬间传输的可能。目前来看，这种明显违反相对论的现象似乎仅在深层次的量子领域发生，任何宏观物体都受到明确的速度限制（至少目前如此）。但在量子领域，量子隧道效应和海森堡不确定性似乎确实允许瞬时移动，甚至可能违背了因果关系！