تئوری کوانتوم شرح داد که حالت کوانتومی سیستم که یک ذره میتواند در آن باشد ، نه به مسیر ذره و نه به قدرت میدان بستگی دارد ، بلکه فقط تابع چیزی به نام " دامنه احتمال " میباشد. این دامنه احتمال ، مربع تابعی به نام تابع موج (Ψ(x¸t میباشد که از حل معادله شرودینگر بدست می آید.

حل معادله شرودینگر برای زمانی که بیش از یک ذره یکسان داریم دارای تقارن جالبی است . بعنوان مثال یک سیستم دو ذره ای را در نظر بگیربد که دو ذره را با هم تعویض میکنیم ، تابع موج در دو حالت دارای رابطه زیر میباشد:

حالت مثبت مربوط به بوزونهاست که طی آن دو بوزون میتوانند در یک زمان در یک حالت کوانتومی باشند و حالت منفی مربوط به فرمیونها است که نمیبوانند در یک زمان در یک حالت کوانتومی باشند.

جستجو در مورد وحدت
يکی از معماهای بزرگ کائنات ما وحدت بخشيدن به این چهار نيرو و بيان آنها در يک تئوری واحد ميباشد.
"جيمز کلارک ماکسول" با فهميدن این موضوع که الکتريسيته و مغناطيس در مجموع نيروهای مجزايی نيستند و با متحد کردن آنها در غالب الکترومغناطيس گام بزرگی در این راه برداشت.
در قرن 18 و 19 تعاریف ریاضی نیوتون درباره حرکت و مدلهای او درباره گرانش به خوبی بسط داده شد تا اینکه علم الکترومغناطیس پدیدار شد ؛ معادلات به "تئوری میدان کلاسیک" تبدیل شد.
هنگامیکه میدانهای الکترومغناطیسی به طور کامل با ریاضیات شرح داده شد ، بسیاری تصور کردند که فیزیک به پایان رسیده و دیگر چیزی برای کشف کردن باقی نمانده است. ولی بعد از آن الکترون کشف شد و فیزیک ذرات بوجود آمد ، بواسطه ریاضیات مکانیک کوانتومی و مشاهدات تجربی ، دانشمندان دریافتند که فقط دو نوع ذره در جهان وجود دارد : "بوزون"ها و "فرمیون"ها 
بوزونها ذراتی هستند که نیرو را حمل میکنند ، تعداد زیادی بوزون در یک زمان میتوانند در یک مکان (state)  باشند ولی فرمیونها نه ؛ در یک زمان فقط یک فرمیون میتواند یک مکان خاص را اشغال کند ، به همین خاطر است که فرمیونها ذراتی هستند که "ماده" را تشکیل میدهند. و به همین دلیل است که جامدات نمیتوانند از میان یکدیگر عبور کنند و یا مثلا ما نمیتوانیم از دیوار رد بشویم ، به دلیل "اصل طرد پاولی" . به عبارتی ، دو فرمیون (ماده) هرگز نمیتوانند در یک زمان ، یک مکانِ(state)  واحد را اشغال کنند ولی بوزونها (نیرو) میتوانند.

هنگامیکه فیزیک ذرات بوسیله مکانیک کوانتومی در حال پیشرفت بود ، معلوم شد که نور به عنوان یک موج الکترومغناطیسی در خلأ مستقل از جهت آن و مشاهده ناظر همیشه با سرعت ثابتی سیر میکند. این کشف و ریاضیاتی که انیشتین برای شرح آن در "نسبیت خاص" گسترش داد ، وقتی که با پیشرفتهای بعدی مکانیک کوانتومی ترکیب شدند ، " تئوری میدان کوانتومی نسبیتی" را بوجود آوردند. تئوری میدان کوانتومی نسبیتی به تئوری بنیادینی که رفتار ذرات زیر اتمی را شرح می داد تبدیل گردید.

ولی انیشتین تئوری نسبیت خاص خود را گسترش داد که شامل گرانش نیوتون میشد ، در نتیجه " تئوری نسبیت عام " خود را بیان نمود. نسبیت عام موفقیتهای بسیاری به همراه داشت که ارزش آنرا به عنوان "توصیف کننده طبیعت" بالا می برد. ولی نسبیت عام همچنین دو پدیده که تصورات عمومی و علمی را شوکه کرد نیز پیشگویی می کرد : جهان منبسط شونده  و سیاه چاله ها ؛ که هر دو آنها مشاهده و اثبات شدند و حداقل در دنیای ریاضیات باعث تجدید نظر درباره عالم هستی شدند.