La physique quantique a été développée durant le premier quart du XX^ème siècle suite à l’émergence de nouveaux concepts liés à l’interaction matière-rayonnement. La nouvelle théorie mise au point permet d’étudier les systèmes à l’échelle moléculaire, atomique ou subatomique. Elle explique de façon exhaustive et rigoureuse les propriétés physiques des éléments atomiques ou moléculaires qui sous-tendent le comportement macroscopique de la matière. A partir des mécanismes de l’interaction matière-rayonnement analysés aux échelles atomiques, des applications ont pu être mises au point et constituent une révolution tout aussi bien théorique que technologique (Lasers, microprocesseurs, dispositifs optoélectroniques,…).

L'émergence de nouveaux concepts quantiques s'est appuyée sur la description et l'analyse correcte d'expériences historiques telles que le rayonnement du corps noir, l'effet photoélectrique ou encore le spectre d'émission des atomes. La nécessité d'une nouvelle théorie était liée à l'incapacité de la physique classique (mécanique, électromagnétisme, thermodynamique,..) d'expliquer les expériences ci-dessus et qui font intervenir l'interaction matière-rayonnement. Ces disciplines expliquaient parfaitement le plupart des phénomènes physiques connus avant 1900 et seules quelques expériences n'avaient pas reçu une interprétation satisfaisante et l'introduction de nouveaux concepts a été déterminante.

Parmi les exemples historiques, on notera la répartition spectrale du rayonnement des corps denses, problème appelé aussi rayonnement du corps noir (exploité initialement par Kirchhoff) ou l'effet photoélectrique (mis en évidence initialement par Hertz) qui n'ont pu être interprétés de façon satisfaisante dans le cadre de la physique classique. L'introduction de nouveaux concepts du rayonnement, en particulier sa quantification en grains d'énergie, a permis à Planck en 1900 et à Einstein en 1905 d'expliquer parfaitement les phénomènes mis en jeu.

D'autre part, le début du XX^ème a vu naitre les prémisses de modèles dédiés à la structure atomique pour rendre compte des spectres d'émission caractéristiques des espèces chimiques. Les modèles pré-quantiques telle que l'ancienne théorie des quanta (Bohr, Sommerfeld) a permis de déterminer correctement le spectre d'émission de l'atome d'hydrogène. Mais les incohérences relatives aux règles de quantification non justifiées et de façon générale, l'incapacité de ces modèles à décrire des atomes à plus d'un électron a poussé à un foisonnement d'idée et de développements théoriques des plus féconds dans l'histoire d'une science. Une théorie quantique a été établie durant la décennie 1920-1930 permettant d'expliquer quantitativement l'organisation des systèmes atomiques, les caractéristiques de la liaison chimique, l'interaction matière–rayonnement et l'ensemble des données expérimentales issues de méthodes spectroscopiques.