海森堡的名字一直都和量子力学理论联系在一起，这一理论发表时他年仅23岁，他也因为提出这一理论及其应用，获得了1932年度的诺贝尔物理学奖。
海森堡提出的新理论，是完全基于对原子辐射的观察，他认为，在某一个给定的时间点，一个电子所处的位置是无法确定的，也无法跟踪它的轨迹，所以玻尔假定的电子轨道并不存在
诸如位置、速度等力学量，无法用通常的数字来描述，但可以用抽象的数学结构即矩阵来表达，海森堡用矩阵形式给出了他的新理论。
此后，海森堡又提出了著名的“不确定性原理”，在一个量子力学系统中，一个运动粒子的位置和它的动量不可被同时确定。
在莱比锡期间，海森堡为原子核物理学做出了重要贡献，为基本粒子理论引入了内部对称量子数（1932年，1933年），发展了一种铁磁性理论（1928年），和沃尔夫冈·泡利对量子场论进行了开创性研究工作。
海森堡和约翰·惠勒同为S矩阵（1942年，1944年）之父，他很早就研究了量子场论的基本长度模型（1938年）。
1940年代，他还研究了宇宙射线及其产生的离子碎片，导致不久后在英国发现了第一个介子。
1957年起，海森堡的研究兴趣转向了等离子体物理和高热原子核反应问题，并与日内瓦国际原子物理研究所紧密合作，他担任该研究所的科学政策委员会主席，并一直是该委员会的成员。
在他于1953年成为洪堡基金会主席后，为基金会做了很多促进工作，他邀请各国科学家来德国，并协助他们在德国开展研究工作。
1953年起，他的理论工作偏向基本粒子的统一场论，这对于他来说，是理解基本粒子物理学的关键。
海森堡有多伟大
物理方面的贡献海森堡一生在理论物理学上作出了重要成就，而他最大的贡献无疑是创 建矩阵力学。在这之前，他在关于流体力学、反常塞曼效应、分于模型以及 色散理论等方面做了大量研究工作。
