Khi nghiên cứu thế giới vi mô cơ học cổ điển Newton không thể áp dụng đợc mà ta đã sử dụng đến một công cụ lý thuyết mới-cơ lợng tử. Cơ học lợng tử đã đem lại những thành công rực rỡ trong việc khảo sát các hiện tợng xảy ra trong thế giới vi mô.
Tuy nhiên, phạm vi ứng dụng của cơ lợng tử cũng rất hạn chế do ở tính chất không tơng đối của nó. Cơ lợng tử không tơng đối tính không thể áp dụng đợc đối với các quá trình vật lý xảy ra ở vùng năng lợng rất lớn (khi hạt chuyển động có tốc độ không còn bé so với vận tốc ánh sáng nữa). Ngoài ra vì hàm sóng trong cơ lợng tử là một hàm thông thờng, nên không thể áp dụng đợc khi mô tả các quá trình trong đó các hạt vi mô chuyển hoá quá nhau.
Để khắc phục khó khăn này ta cần phải dùng đến một lý thuyết tổng quát hơn nữa-đó là lý thuyết trờng lợng tử. Với một nghĩa nào đó lý thuyết trờng lợng tử là trờng hợp tổng hợp của cơ lợng tử tơng đối tính và lý thuyết tơng đối.
Muốn nói lý thuyết trờng lợng tử, trớc hết ta cần nhắc lại lý thuyết trờng cổ điển. Nh ta đã biết, một trong những phát minh quan trọng của Vật lý vào khoảng đầu thế kỹ 20 là tính chất sóng hạt của ánh sáng, đó chính là tiên đề cho một nguyên lý cơ bản của cơ lợng tử do De Broglie đề xớng năm 1924–tính chất đối
ngẫu của vật chất: mọi vật đồng thời có tính chất hạt và tính chất sóng. ánh sáng
photon. Ta nói rằng hạt photon tơng ứng với trờng điện từ, các hạt lợng tử của tr- ờng điện từ chính là các hạt photon.
Cũng hoàn toàn tơng tự, bất kỳ một hạt nào cũng tơng ứng với một trờng, các lợng tử của trờng này chính là các hạt đó.
Nh vậy, lý thuyết trờng lợng tử là nền tảng của lý thuyết trờng tơng tác của các hạt cơ bản.