Fra 1921 til 1933 var han professor i Göttingen. Her utviklet han sammen med Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg og Pascual Jordan store deler av den moderne kvantemekanikken. Til de viktigste resultater hører den såkalte , som i 1928 førte til orbitalmodellen. Han utviklet den statistiske tolkning av bølgefunksjonen, som senere ble kjent som Københavnertolkningen, og som han i 1954 mottok nobelprisen i fysikk for.