Zasada nieoznaczoności Heisenberga mówi, że nie jest możliwy jednoczesny dokładny pomiar położenia cząstki i jej pędu, co zapisujemy:
gdzie Δx i Δp oznaczają odpowiednio nieokreśloność położenia i pędu. Jeśli iloczyn tych dwóch nieokreśloności jest stały, to znaczy, że im dokładniej jest określony pęd cząstki (prędkość), tym mniej dokładnie wiemy, jakie wtedy było jej położenie i odwrotnie.
Wynika z tego, że mikrocząstka nigdy nie będzie w stanie, w którym miałaby jednocześnie dokładnie określone położenie i pęd.
Podobna nieokreśloność dotyczy energii E i czasu t:
Im dokładniej zmierzymy energię cząstki, tym mniej dokładnie wiemy, w jakim czasie cząstka tę energię miała. Mikrocząstka nigdy nie będzie w stanie, w którym jej energię można byłoby wyznaczyć w dowolnie krótkim czasie. Zasada Heisenberga wyznacza granicę, po przekroczeniu której nie jest możliwe stosowanie pojęć fizyki klasycznej.
Przykład:
Aby obserwować ruch tak małej cząstki, jaką jest proton, trzeba go oświetlić światłem o odpowiednio małej długości fali. Ponieważ krótkie fale mają dużą częstotliwość, to fotony tego światła mają dużą energię i zderzając się z protonem tak bardzo zaburzają jego ruch, że nie możemy określić jego położenia. Zakładając, że prędkość protonu wyznaczono z dokładnością Δv=5⋅10−2 m/s,możemy wyznaczyć minimalną niepewność pomiaru położenia protonu z zasady Heisenberga:
Obliczona nieokreśloność położenia protonu jest około 600 milionów razy większa od rozmiaru samego protonu. W tej sytuacji mówienie o torze protonu jest pozbawione sensu i dlatego w tym przypadku nie możemy stosować pojęć fizyki klasycznej.