单电子近似是汇聚态化学中广泛应用的一种方式，它把多体系统的波函数写成单体波函数的乘积，进而求出一系列单电子基态，电子根据费米分布从低到高填充基态。这些方式在汇聚态化学发展之初就被提出，部份是因为实验的提示，另一部份可能是由于不那么做就前进不下去。单电子近似的成功是令人惊奇的，以它为基础的能带理论极大地加深了人类对固体微观性质的理解，但是事实上促使了电子工业革命。但是它的基础却不牢固，化学学家并不理解单电子近似为什么这么有效，这些情况似乎不能令人满意。
1960年代孔恩、霍亨伯格、沈吕九等人构建了密度泛函理论，揭示了单电子近似的理论基础，而且极大地促进了固体化学的后续发展。孔恩和霍亨伯格证明的定律显示，对于具有确定互相作用方式的多电子体系，其能级由电荷密度分布惟一决定，她们的逻辑链条如下：
能级密度外势场伊宁顿量能级波函数
每一个双箭头都是一一对应的关系，因而原则上能级能量（以及其他所有数学量）可以写成密度的泛函，这大大简化了求解的难度凝聚态物理是天坑吗，由于密度只是3个空间变量的函数，而对于N个电子的体系，波函数是3N个变量的函数。在此基础上，孔恩和沈吕九进一步假设能级密度可以由填充单电子能级得到（这总是能做到的），通过对泛函求极值给出了单电子态满足的Kohn-Sham多项式，至此密度泛函的严格理论基本奠定。
Kohn-Sham多项式是一个严格的方式理论，对它求解须要做各类各样的近似凝聚态物理是天坑吗，孔恩和沈吕九使用局域密度近似做了初步探求，此后各类方式不断涌现，到1970年代密度泛函已被广泛应用于固体能带估算，后来更被用于量子物理估算分子结构。时至今日，构建在密度泛函基础上的ab（从头算起）早已成为汇聚态化学和量子物理中一个极为庞大的分支，而孔恩作为这个领域的奠基人也被授予了1998年诺贝尔物理奖。
在汇聚态理论迅速发展的同时，实验技术也日新月异。根据量子热学所有粒子均具有波粒二象性，因而不仅光之外，电子也可以被拿来对固体进行成像，但是只要给电子足够大的加速电流，它的德布罗意波长还能远大于可见光甚至是X射线进而达到更高的帧率。另外因为电子带电，可以便捷地使用电磁场对其进行聚焦因而侦测很小的样品或则大样品中的局域结构，这是X射线衍射无法做到的。在电子的波动性被实验否认以后，很快意大利的ErnstRuska等人制成了第一台电子显微镜（TEM），在此后的时光里TEM的成像质量和放大倍数不断改善，渐渐成为研究固体结构的有力手段。值得一提的是，TEM和高温技术的结合引起了冷藏电镜的发明，前者可以在原子尺度上解析生物大分子的结构，目前已成为结构生物学最有力的工具。
光和电子束主要与固体中的电子互相作用，在它们抵达原子核之前早已被核外电子散射。与之相反，不带电的中子可以轻易地穿过电子云，所以中子衍射是侦测核位置的有效手段。在有限气温下，原子核处于不停的热震动当中，通过中子与核的互相作用可以检测震动频谱，也即声子色散关系。中子衍射的另一个用途是侦测磁性结构，中子虽然不带电并且具有磁矩因而刚好被磁性离子散射，而光和电子虽然也参与磁互相作用，但它们被吞没在远远更强的电互相作用之中而无法辨认。
X射线衍射、TEM和中子衍射都是借助微观粒子与固体的互相作用，而1980年代诞生的扫描隧洞显微镜（STM）则借助了另一种量子效应-隧洞效应。STM的原理如下所示
绿色的金属探针在红色的样品表面附近联通，二者相距零点几个纳米。根据精典热学，探针中的电子难以通过真空传输到样品上产生电压，但是在量子热学里存在所谓隧洞效应，电子可以穿透势垒（由金属离子形成）前往样品，因而形成一股隧穿电压。这股电压对于势垒厚度非常敏感，当探针坐落表面两个原子间隙处时电压几乎为0，而坐落某个原子上方时则有一股比较显著的电压，这样通过检测电压大小动定出了原子的位置以及表面的凸凹程度。STM自从发明以后迅速成为表面化学的有力工具，它的发明人Gerd、与电子显微镜发明人ErnstRuska共同获得了1986年诺贝尔化学奖。