会洛克菲勒基金会奖学金的支持，海森堡与哥本哈根大学物理主任玻尔进行研究。之后他回到哥廷根和尼尔斯·玻尔（1922年诺贝尔物理学奖）共事并共同发表了矩阵力学。1926年又前往哥本哈根大学教授理论物理学。1927年，发展了海森堡不确定性原理，为后来知名的哥本哈根诠释奠定了基础，于同年，年仅26岁的海森堡被任命为莱比锡大学的教授，他的第一篇论文发表于莱比钖。1929年，他又前往美国、日本和印度巡回讲学。1941年成为柏林洪堡大学的物理学教授和物理研究所主任。第二次世界大战结束后，他和其他德国物理学家作为囚犯，