Durante o seu primeiro ano toma esencialmente cursos de matemática coa idea de pasarse a traballar en teoría de números apenas teña a oportunidade, pero da pouco empeza a interesarse pola física teórica. Comeza a traballar na [[Teoría da Relatividade]] de [[Einstein]] pero Pauli aconséllalle que se dedique á Teoría Atómica na que aínda había gran discrepancia entre teoría e experimento.
Obtén o seu doutoradodoutoramento no [[1923]] e deseguido viaxa a [[Gotinga]], onde traballa como asistente de [[Max Born]]. En [[1924]] viaxa a [[Copenhaguen]] e coñece a [[Niels Bohr]]. En [[1925]], Heisenberg discorre a formulación matricial da mecánica cuántica. O que subxace na súa aproximación ó tema é un grande pragmatismo. No canto de concentrarse na evolución dos sistemas físicos de principio a fin, concentra os seus esforzos en obter información sabendo o estado inicial e final do sistema, sen preocuparse demasiado por coñecer de xeito preciso o ocorrido no medio. Concibe a idea de agrupar a información en forma de cadros de dobre entrada. Foi Max Born quen se deu conta de que esa forma de traballar xa fora estudada polos matemáticos e non era outra cousa que a [[teoría de matrices]]. Un dos resultados máis rechamantes é que a multiplicación de matrices non é conmutativa, polo que toda asociación de cantidades físicas con matrices terá que reflectir este feito matemático. Isto leva a Heisenberg a enunciar o [[Principio de indeterminación de Heisenberg|Principio de indeterminación]]. A teoría cuántica ten un éxito enorme e logra explicar practicamente todo o mundo microscópico. En [[1932]], pouco antes de cumprir os 31 anos, recibe o [[premio Nobel de Física]] por «''A creación da mecánica cuántica, cuxo uso conduciu, entre outras cousas, ó descubrimento das formas [[Alotropía|alotrópicas]] do [[hidróxeno]]''».
En [[1935]] intenta substituír a Sommerfeld que se xubila como profesor en [[Múnic]], pero os [[Nazismo|nazis]] queren eliminar toda teoría física «xudeizante», e nesa categoría entran a mecánica cuántica e a relatividade, cuxos referentes, Max Born e Albert [[Einstein]] son xudeus, de maneira que se impide o seu nomeamento.
