量子热学的基本原理就是量子论，即微观世界数学量（运动，能量等）的不连续性。还有普朗克常量，玻尔原子模型，互补原理，或波粒二象性，不确定性理论，机率论，不相容原理等。量子论的起源来自一个你们熟悉的现象，这一现象并不属于原子化学学的核心部份。任何一块物质在被加热时就会发光，并在高湿度下达到红热和白热，发光的照度与材料的表面关系不大，而对于宋体，只与湿度有关。
为此，宋体在低温下发出的幅射作为数学学研究的适当对象，被觉得应当可以按照已知的幅射和电学定理找到一个简单的解释。并且化学学家瑞利和金斯在十九世纪末的努力却以失败告终，阐明了宋体幅射问题的严重性。
在量子热学中，一个数学体系的状态由状态函数表示量子物理基础公式，状态函数的任意线性叠加一直代表体系的一种可能状态。状态随时间的变化依循一个线性微分等式，该多项式预言体系的行为，数学量由满足一定条件的、代表某种运算的算符表示；检测处于某一状态的化学体系的某一化学量的操作，对应于代表该量的算符对其状态函数的作用；检测的可能取值由该算符的本征多项式决定，检测的期望值由一个包含该算符的积分多项式估算。
通常而言，量子热学并不对一次观测确定地预言一个单独的结果。取而代之，它预言一组可能发生的不同结果，并告诉我们每位结果出现的机率。也就是说量子物理基础公式，假如我们对大量类似的系统作同样地检测，每一个系统以同样的形式起始，我们将会找到检测的结果为A出现一定的次数，为B出现另一不同的次数等等。
人们可以预言结果为A或B的出现的次数的近似值，但不能对某些检测的特定结果作出预言。状态函数的模平方代表作为其变量的数学量出现的概率。按照这种基本原理并附以其他必要的假定，量子热学可以解释原子和亚原子的各类现象。
量子热学是描写微观物质的一种数学学理论，与相对论一起被觉得是现代数学学的两大基本支柱，许多数学学理论和科学如原子化学学、固体化学学、核化学学和粒子化学学以及其它相关的学科都是以量子热学为基础。19世纪末，精典热学和精典电动热学在描述微观系统时的不足越来越明显。量子热学是在20世纪初由普朗克、尼尔斯·玻尔、沃纳·海森堡、薛定谔、沃尔夫冈·泡利、德布罗意、马克斯·玻恩、恩里科·费米、保罗·狄拉克等一大批化学学家共同创办的。
通过量子力学的发展人们对物质的结构以及其互相作用的看法被革命化地改变。通过量子力学许多现象才得以真正地被解释，新的、无法直觉想像下来的现象被预言，并且这种现象可以通过量子力学被精确地估算下来，但是后来也获得了极其精确的实验证明。除通过广义相对论描写的引力外，至今所有其它数学基本互相作用均可以在量子热学的框架内描写（量子场论）。