在经典力学中，运动物体在任何时刻都有完全确定的位置、动量、能量和角动量等。与此不同，微观粒子具有明显的波性。微观粒子在某位置上仅以一定的概率出现。这就是说，粒子的位置是不确定的。粒子的位置虽不确定，但基本上出现在某区域，例如出现在  （一维情形）或 (三维情形)范围内，我们称、 、 为粒子坐标的不确定量。
粒子的动量也是如此。如果物质波是单色平面波，则对应粒子的动量是单一的值，所以是确定的。但一般的物质波都不是单色波，即使是自由粒子的物质波，也不是单色波，而是由包括一定波长范围 的许多单色波组成，波长有一定的范围，这就使粒子的动量变得不确定了。由 可算出动量的可能范围 ，这也就是动量的不确定量。
不仅如此，微观粒子的其他力学量如能量、角动量等一般也都是不确定的。
1927年德国物理学家海森伯（W.Heisenberg）根据量子力学推出微观粒子在位置与动量两者不确定量之间的关系满足
式（13-36）称为海森伯坐标和动量的不确定关系。它的物理意义是，微观粒子不可能同时具有确定的坐标和相应的动量。粒子坐标的不确定量越小，动量的不确定量 就越大，反之亦然。不确定关系使微观粒子的运动失去了“轨道”概念。不确定关系在通常用作数量级估算时，有时也写成 或 等形式。
这一规律直接来源于微观粒子的波粒二象性，可以借助电子单缝衍射实验结果来说明。
不确定关系是微观粒子的固有属性,是波粒二象性及其统计关系的必然结果，并非测量仪器对粒子的干扰，也不是仪器有误差的缘故。但是常有人将不确定关系解释为“要将粒子坐标测量得愈准确，则它的动量就愈不准确”，或者说成“测量坐标的误差愈小，测量动量的误差就愈大”等。应该指出，这样的表述是不确当的。在历史上曾把式（13-36）称为测不准关系，而“测不准”一词会使人作出上述错误的理解。
不确定关系不仅存在于坐标和动量之间，也存在于能量和时间之间。如果微观粒子处于某一状态的时间为 ，则其能量必有一个不确定量 ，由量子力学可推出二者之间的关系为
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（13-37） |
式（13-37）称为能量和时间的不确定关系。利用这个关系式我们可以解释原子各激发态的能级宽度和它在该激发态的平均寿命之间的关系。原子在激发态的典型的平均寿命 。由上式可知，原子激发态的能级的能量值一定有不确定量 ，这就是激发态的能级宽度。显然除基态外，原子的激发态平均寿命愈长，能级宽度愈小。原子由激发态跃迁到基态的光谱线也有一定宽度。
应用不确定关系可以作为微观粒子波动性的判据,请参看例题.
海森伯是量子力学的主要创立人之一,由于他在不确定关系方面的重大贡献,获得了1932年诺贝尔物理学奖.
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