I 1924 foreslo Pauli en ny frihetsgrad for kvanter for å løse selvmotsigelser mellom observerte molekylære spektra og teorien om kvantemekanikk som var under utvikling. Han formulerte Paulis utelukkelsesprinsipp, hans kanskje viktigste arbeid, som fastslo at to elektroner ikke kan eksistere i den samme kvantetilstand. Forestillingen om spinn hadde sitt opphav hos Ralph Kronig. George Uhlenbeck og Samuel Goudsmit identifiserte ett år senere denne frihetsgraden som elektronets spinn.