하이젠베르크의 불확정성 원리는 미시 영역, 곧 양자역학 법칙이 적용되는 계에서 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확히 측정하는 것은 불가능하다는 법칙이다. 입자의 운동량을 측정하기 위해서는 정확한 위치 측정을 포기해야 하며, 거꾸로 정확한 위치를 측정하기 위해서는 정확한 운동량 측정을 포기해야 한다. 한 마디로 말해서 두 마리 토끼를 모두 잡을 수는 없다는 법칙이다. 이를 흔히들 광자를 충돌시켜야만 관측이 가능하므로 그 충돌의 오차를 줄일 수 없는 방법론의 한계라고 설명하기도 하지만, 이는 양자역학에 대한 이해도가 부족한 초창기의 생각이므로 맞는 설명이라고 할 수 없으며, 실제로는 어떤 에너지의 간섭이 없어도 항상 모든 입자는 불확정적이며, 파동함수 붕괴 등의 상호작용 이전에는 우리가 원하는 방식의 물리량이 존재하지 않는다고 보는 게 적절하다. 관측 방식이나 장비의 정확도와는 상관없이 존재하는 근본적인 원리이다.
수식으로는 에너지 E와 시간 t, 플랑크 상수 h에 대하여 ΔEΔt ≥ h/4π로 나타낸다.
최근 일본에서의 연구결과에 의하면, 오차는 무한대로 늘어나는 것이 아니라 일정 수준에서 수렴한다고 한다.