化线性组合也可以是其量子态。称这线性组合为「叠加态」。假设组成叠加态的几种量子态相互正交，则这量子系统处于其中任意量子态的机率是对应权值的绝对值平方。从数学表述，态叠加原理是薛丁格方程式的解所具有的性质。由于薛丁格方程式是个线性方程式，任意几个解的线性组合也是解。这些形成线性组合（称为「叠加态」）的解时常会被设定为相互正交（称为「基底态」），例如氢原子的电子能级态；换句话说，这几个基底态彼此之间不会出现重叠。这样，对于叠加态测量任意可观察量所得到的期望值，是对于每一个基底态测量同样可观察量所得到的期望值