Et par år senere viste Klein også hvordan kvantemekanikken kunne forklare til termodynamikkens andre hovedsetning om entropiens vekst. Men det var teorien for elementærpartiklene som lå hans hjerte nærmest. i 1938 presenterte han for første gang en enhetlig teori for den, svake kjernekraften. Denne teorien hadde matematiske egenskaper som lå tett opp til ikke-abelske gaugeteoriene i dagens Standardmodell .