所謂的量子穿隧效應（Quantum tunnelling effect）是指像電子等微觀粒子能夠穿入甚至穿越位能障壁的行為。儘管在古典力學中，當位能障壁的高度大於粒子的總能量，這種行為隱含著負動能值，這完全是不可能發生的事。但是在量子力學中這卻是稀鬆平常的事。量子穿隧理論原先被應用在原子物理與原子核物理中。最有名的例子莫過於喬治·伽莫夫於1928年用量子穿隧效應解釋原子核如何產生ɑ衰變以及核融合如何發生。但是量子穿隧效應在半導體物理學、超導體物理學等其它領域也有很重要的應用。1973年的諾貝爾物理獎就是頒給三位將量子穿隧效應（Quantum tunnelling effect）應用到半導體物理學、超導體物理學相關領域的物理學家：出生於日本的美國籍物理學家江崎玲於奈(出生於1925年3月12日)與出生於挪威的美國籍物理學家伊瓦爾·季埃弗(Ivar Giaever,出生於1929年4月5日）兩人因「發現半導體和超導體的隧道效應」而各得到四分之一的獎金。英國物理學家約瑟夫森(Brian David Josephson，出生於1940年）)則因 「理論上預測出通過位能障壁的超電流(supercurrent)的性質，特別是被稱為約瑟夫森效應的現象」而得到另外一半的獎金。值得一提的是是得獎的當時，這三人都不是大學裡的教授，江崎玲於奈當時任職於IBM，而賈埃弗則是在通用電氣工作。至於約瑟夫森當時還是劍橋的講師(Reader)，他在得到諾貝爾獎後才被升為教授。

發現自然之美：諾貝爾物理獎19381938年的諾貝爾物理獎頒給了義大利物理學家恩里科·費米(Enrico Fermi, 1901－1954），得獎理由是「證明了可由中子輻照而產生的新放射性元素的存在，以及有關慢中子引發的核反應的發現」。不過當時費米並沒有製造出新元素，而是造成了核分裂，這是諾貝爾物理獎惟一犯錯的一次。不過費米做為二十世紀最偉大的物理學家之一的歷史地位並沒有因此動搖。他是最後一個能同時在理論與實驗都有卓越貢獻的重量級物理學家。

 

 1937年的諾貝爾物理獎頒給在貝爾實驗室任職的美國的物理學家柯林頓‧戴維森 (Clinton Davisson，1881－1958) 和英國亞伯丁大學的物理教授喬治·湯姆森 (Sir George Thomson，1892－1975)，他們各自在1927年發現了電子繞射現象，證實了法國科學家德布羅伊的”物質波”假設，這個假設在量子力學發展扮演著極為重要的角色。德布羅伊早在1929年就得到諾貝爾物理獎的肯定。證實這個假設的兩位實驗物理學家也在八年後得獎，稱得上是實至名歸。

 1945年的諾貝爾物理獎頒給了生於奧地利的瑞士籍物理學家沃夫岡·恩斯特·包立（Wolfgang Ernst Pauli，1900年－1958年），獲獎理由「發現不相容原理，也稱包立原理」。但早在得獎之前，包立早已是物理界的傳奇人物。他以對有欠嚴謹的新理論給予辛辣無情的批評而聞名。包立甚至被波爾譽之為「物理學的良知」，包立曾把某篇論點有漏洞的論文稱之為「徹底錯誤」（德語：Ganz falsch）。但這還不是最淒慘的，有一次他對針對某位年輕物理學家的一篇論文發表的評價是「這個連錯誤都算不上（Not even wrong）」，這句話後來成為了物理學家常用來挖苦的行話。

 1944年的諾貝爾獎頒給美國物理學家，以西多爾·艾薩克·拉比(Isidor Isaac Rabi)，獲獎理由是「使用共振法來記錄原子核的磁性」。大家熟悉的醫療診斷利器:核磁共振成像(MRI)，這項技術的基礎正是拉比所開創的核磁共振(NMR)。
 

 諾貝爾物理獎從1940年到1943年都沒有頒發，直到1944年諾貝爾委員會才宣布將前一年的諾貝爾物理獎頒給了德國裔的物理學家，奧托·斯特恩（Otto Stern，1888年－1969年）。他在1944年才領到獎。他獲獎的理由是「對分子束方法的發展以及對質子磁矩的發現」。但是他最為人稱道的還是1921年到1922年期間完成的斯特恩-革拉赫實驗(Stern–Gerlach experiment)。事實上，斯特恩在得獎前被提名了八十二次！而革拉赫與斯特恩一起被提名二十七次，革拉赫還曾與查德威克，約里奧 居禮一起被提名三次，但始終無緣得獎。

 1939年的諾貝爾獎頒給了美國的物理學家，恩內斯特‧奧蘭多‧勞倫斯 (Ernest Orlando Lawrence，1901－1958)。得獎的理由是「發明和發展迴旋加速器，並以此獲得有關人工放射性元素的研究成果」。什麼是迴旋加速器？它是一種通過高頻交流電壓來加速帶電粒子的儀器。利用帶電粒子轟擊原子靶是惟一獲得原子核資訊的方法，但因原子核帶有正電荷，它會排斥其他帶正電荷的粒子 (如α粒子)。想要瞭解原子核的結構，就需要將原子核撞開來。所以科學家需要產生帶有高能量，至少數百萬電子伏特量級的粒子束，才有辦法分解原子核。加速器發明之前，科學家只能仰賴天然的放射源，這使得原子核的研究受到很大的限制。而勞倫斯所發明的迴旋加速器能讓粒子束帶有天然放射源望塵莫及的高能量，自然打破了這個限制，使得原子核物理的進步一日千里。日後迴旋加速器更在基本粒子的研究扮演關鍵的角色，成為二十世紀最具威力的科學利器。

1936年的諾貝爾物理獎頒給了發現宇宙射線 (Cosmic ray) 的奧地利科學家維克托·赫斯 (Victor Hess，1883－1964) 與發現正子的美國科學家卡爾·戴維·安德森(Carl David Anderson, 1905－1991)。

1935年的諾貝爾物理獎頒給了發現中子的英國物理學家詹姆斯·查德威克 (James Chadwick, 1891-1974)。查德威克出身於勞工階級，1908年進入曼徹斯特維多利亞大學，在拉塞福的指導下，於1912年取得學位。1913年他前往德國柏林的帝國技術物理研究所，追隨曾擔任拉塞福助手的漢斯·蓋革研究β輻射。1914年夏天第一次世界大戰爆發後，查德威克由於逗留在德國，被送去柏林附近的魯赫本拘留營，拘留期間他獲准在馬槽中設立實驗室，使用如輻射牙膏等臨時物料進行實驗。他在停戰協定生效後的1918年11月被釋放。回英國後，拉塞福在曼徹斯特為查德威克提供了兼職的教學工作，讓他能夠繼續研究。拉塞福於1919年4月出任劍橋大學的卡文迪許實驗室的主任，查德威克則在數月後也到那裡任職。查德威克於1920年獲頒克拉克·馬克士威獎學金，並於劍橋大學的岡維爾與凱斯學院註冊成為博士生。他於1921年6月獲頒博士學位。同年11月獲聘為岡維爾與凱斯學院的院士。他是拉塞福的得力助手。

1933年的諾貝爾物理獎頒給兩個極端重要的量子物理概念，得主為埃爾溫．薛丁格 (Erwin Schrödinger, 1887-1961) 與保羅．狄拉克 (Paul Dirac, 1902-1984)，二人各得二分一獎金。

1929年諾貝爾物理學獎授予路易．德布羅意，以表揚他發現了量子力學的一個重要現象：粒子的波粒二象性（wave-particle duality）。

 1932年的諾貝爾物理獎授予維爾納・海森堡（Werner Heisenberg），以表揚他對量子力學的貢獻。他不但發現了量子力學著名的「測不準原理」，更建立了量子力學兩大數學表述方法之一「矩陣力學」。