国物理学家狄拉克把量子波动力学与相对论相结合，提出电子的相对论性量子力学方程——狄拉克方程。狄拉克方程认为光谱的精细结构是由电子的自旋-轨道作用引起的，是一种相对论效应，能量为formula_16数量级，是粗结构的formula_17倍。随后发展起来量子电动力学将精细结构常数赋予了更深刻的含义。量子电动力学认为，精细结构常数是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的度量，表征了电磁相互作用的强度。精细结构常数的数值无法从量子电动力学推导出，只能通过实验测定。在量子电动力学中，电子之间通过相互交换光子而发生相互作用。