1925年、量子力学の基礎はシュレーディンガーとハイゼンベルクらによってそれぞれ波動力学・行列力学という別の形式で与えられた。波動力学と行列力学によってついに、粒子性と波動性をもつ量子の運動（厳密には存在確率）を記述できる基礎方程式が書き下された。それぞれシュレーディンガー方程式、ハイゼンベルクの運動方程式と呼ぶ。
プランクの量子仮説とド・ブロイの物質波を仮定することから、粒子のエネルギーや運動量を波（波動関数）として表現することができる。
粒子のエネルギーと運動量を波動として表現して代入することで、シュレーディンガー方程式を得ることができる（波動力学）。また、粒子のエネルギーや運動量を波としての性質（重ね合わせの原理、直交性、線形性）をもつということができるため、行列に置き換えて同じ演算をすることができる（行列力学）。翌1926年、シュレーディンガーはこれらの二つの力学が数学的に等価であることを証明した。
1927年にハイゼンベルクは不確定性関係を導き（不確定性原理）、ほぼ同時期にコペンハーゲン解釈が明確にされた。
量子力学の解釈については、大きな議論が巻き起こった。確率解釈を嫌ったアインシュタインは、「神はサイコロを振らない」という有名な言葉を残した。
同時期にディラックはクリフォード代数を導入することにより、確率が負にならない相対論的量子力学を構成し（ディラック方程式の項を参照のこと）、またブラ-ケット記法を用いた演算子理論を最初に使った。1932年にフォン・ノイマンは演算子理論としての量子力学の厳密な数学的基礎を与えた（量子力学の数学的基礎）。
量子力学の定式化が行われるようになって、現代物理学では量子力学とアインシュタインの相対性理論が最も一般的な物理学の基礎理論であると考えられるようになった。その後、電磁相互作用、重力相互作用を量子力学に組み込むことが求められるようになった。それぞれ、特殊相対性理論や一般相対性理論と量子力学の橋渡しをしてひとつの定式化された理論を目指すことに相当する。
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1950年代にファインマン、ダイソン、シュウィンガー、朝永振一郎らによって量子電磁力学が構築された。量子電磁力学（りょうしでんじりきがく、Quantum electrodynamics; QED）とは、電子を始めとする荷電粒子間の電磁相互作用を量子論的に記述する理論である。一方、量子力学と一般相対性理論を合わせた理論（量子重力理論）は、いまだ完成されていない。
さらに素粒子物理学の発展によって従来考えられていなかった電磁力や重力以外の基本相互作用が認められるようになった。量子色力学が研究されるようになり、1960年代初頭から始まる。今日知られる様な理論はポリツァー、グロス、ウィルチェックらにより1975年に構築された。すべての基本相互作用を含む大統一理論の探求がおこなわれている。
これまでに、シュウィンガー、ヒッグス、ゴールドストーンらと他大勢の先駆的研究に基づき、グラショー、ワインバーグ、アブドゥス・サラムらは電磁気力と弱い力が単一の電弱力で表されることを独立に証明している（電弱理論）。
量子力学の成立によって物性物理学の発展に基づいた現代の工学の発展は可能になった。今日のIT社会ないし情報化社会と呼ばれる状況を成立させている電子工学も、半導体技術などが量子力学をその基盤としている。量子力学はまた化学反応の現代的な記述を可能にし、量子化学の分野が発展した。