Niels Bohr
Vật lý > Cơ học lượng tử

Một cột mốc quan trọng trong sự phát triển của cơ học lượng tử đó là sự giới thiệu ra spin bởi George Uhlenbeck và Samuel Goudsmit vào tháng 11 năm 1925. Tháng sau đó, Bohr đi đến Leiden để tham dự buổi kỉ niệm 50 năm Hendrick Lorentz nhận bằng tiến sĩ. Khi đoàn tàu dừng lại tại Hamburg, ông đã gặp Wolfgang Pauli và Otto Stern, và họ đã hỏi ý kiến của ông về lý thuyết spin. Bohr chỉ ra rằng ông có mối quan tâm về tương tác giữa các electron và từ trường. Khi ông trở lại Leiden, Paul Ehrenfest và Albert Einstein thông báo đến Bohr là Einstein đã giải quyết được vấn đề này bằng thuyết tương đối. Bohr lúc đó đã khuyên Uhlenbeck và Goudsmit kết hợp điều này vào bài báo của họ. Do vậy, khi ông gặp Werner Heisenberg và Pascual Jordan ở Göttingen trên đường trở về, theo cách nói của mình, ông đã trở thành "a prophet of the electron magnet gospel".
Hội nghị Solvay tháng 10 năm 1927 tại Brussels. Bohr ngồi bên phải trong hàng giữa, cạnh Max Born.
Heisenberg đầu tiên đến Copenhagen năm 1924, rồi trở lại Göttingen vào tháng 6 năm 1925, ngay sau đấy ông phát triển cơ sở toán học của cơ học lượng tử. Khi ông đưa các kết quả của mình cho Max Born ở Göttingen, Born nhận ra rằng chúng có thể được biểu diễn tốt nhất bằng các ma trận. Công trình này đã thu hút sự chú ý của nhà vật lý học người Anh Paul Dirac, người mà đã đến thăm Copenhagen trong sáu tháng vào tháng 9 năm 1926. Nhà vật lý người Áo Erwin Schrödinger cũng đến thăm vào năm 1926. Sự cố gắng của ông nhằm giải thích vật lý lượng tử theo các thuật ngữ cổ điển bằng cách sử dụng cơ học sóng đã gây ấn tượng với Bohr, người tin rằng nó đã đóng góp "rất nhiều vào sự rõ ràng và đơn giản của toán học đến mức nó đại diện cho một tiến bộ vượt bậc so với tất cả các dạng lý thuyết cơ học lượng tử trước đây".
Khi Kramers rời viện vào năm 1926 để đảm nhận vị trí giáo sư vật lý lý thuyết tại đại học Utrecht, Bohr sắp xếp để Heisenberg trở lại và thay thế Kramers làm lektor (giảng viên) tại Đại học Copenhagen. Heisenberg làm việc tại Copenhagen với tư cách là giảng viên đại học và trợ lý cho Bohr từ năm 1926 đến năm 1927.
Bohr nhận thức thấy rằng ánh sáng hành xử giống như cả sóng và hạt, và vào năm 1927, các thí nghiệm đã xác nhận giả thuyết de Broglie rằng vật chất (như electron) cũng biểu hiện giống như sóng.  Ông đúc kết lại thành nguyên lý triết học về tính bổ sung: rằng vật chất có thể có các đặc tính rõ ràng loại trừ lẫn nhau, chẳng hạn như bản chất sóng hoặc một dòng hạt, tùy thuộc vào khuôn khổ thực nghiệm. Ông cảm thấy rằng nguyên lý này không được các giáo sư triết học thấu hiểu đầy đủ.
Tại Copenhagen năm 1927 Heisenberg đã phát biểu nguyên lý bất định nổi tiếng của ông. Trong một bài báo trình bày tại hội nghị Volta ở Como vào tháng 9 năm 1927, Bohr đã chứng minh được nguyên lý bất định có thể suy ra từ các lập luận cổ điển, mà không cần dùng tới ngôn ngữ của cơ học lượng tử hoặc ma trận. Einstein ủng hộ nghiêng về tính tất định của vật lý học cổ điển hơn là tính xác suất của vật lý lượng tử mới mà ông cũng là một người đóng góp xây dựng lên. Các vấn đề triết học nảy sinh từ những khía cạnh mới của cơ học lượng tử đã trở thành chủ đề thảo luận nổi tiếng rộng rãi. Einstein và Bohr đã có các cuộc tranh luận thiện chí về những vấn đề như vậy trong suốt cuộc đời của họ.
Năm 1914, Carl Jacobsen, người thừa kế nhà máy bia Carlsberg, đã trao lại dinh thự của mình để làm nơi ở cho những người Đan Mạch, mà đã có đóng góp nổi bật nhất cho khoa học, văn học hoặc nghệ thuật, làm dinh thự danh dự (tiếng Đan Mạch: Æresbolig). Harald Høffding là người đầu tiên cư ngụ, và sau khi ông qua đời vào tháng 7 năm 1931, Viện Hàn lâm Khoa học và Thư tín Hoàng gia Đan Mạch đã cho Bohr cư ngụ. Ông và gia đình chuyển đến đó vào năm 1932. Ông được bầu làm chủ tịch của Viện Hàn lâm vào ngày 17 tháng 3 năm 1939.
Đến năm 1929, hiện tượng phân rã beta đã thúc đẩy Bohr một lần nữa đề xuất rằng định luật bảo toàn năng lượng bị vi phạm, nhưng với hạt giả thuyết neutrino của Wolfgang Pauli và Enrico Fermi và khám phá về neutron sau đó vào năm 1932 đã cho một lời giải thích khác. Điều này đã thôi thúc Bohr đưa ra một lý thuyết mới về hạt nhân đa hợp vào năm 1936, lý thuyết này giải thích cách hạt nhân có thể bắt neutron. Trong mô hình này, hạt nhân có thể bị biến dạng giống như một giọt chất lỏng. Ông đã nghiên cứu lý thuyết này cùng với một cộng sự mới, nhà vật lý người Đan Mạch Fritz Kalckar, người đột ngột qua đời vào năm 1938.
Khám phá về sự phân hạch hạt nhân của Otto Hahn vào tháng 12 năm 1938 (và lý thuyết giải thích quá trình này bởi Lise Meitner) đã tạo ra sự quan tâm mạnh mẽ của các nhà vật lý. Bohr đưa tin này đến Hoa Kỳ, nơi ông khai mạc Hội nghị Washington lần thứ năm về Vật lý lý thuyết với Fermi vào ngày 26 tháng 1 năm 1939. Khi Bohr nói với George Placzek rằng điều này đã giải quyết được tất cả những bí ẩn về các nguyên tố siêu urani, Placzek nói với ông rằng vẫn còn một điều: năng lượng bắt neutron của uranium không khớp với năng lượng phân rã của nó. Bohr suy nghĩ về điều đó trong vài phút và sau đó tuyên bố với Placzek, Léon Rosenfeld và John Wheeler rằng "Tôi đã hiểu mọi thứ." Dựa trên mô hình giọt lỏng hạt nhân, Bohr kết luận rằng đồng vị urani-235 chứ không phải đồng vị phổ biến hơn urani-238 là nguyên nhân chính gây ra sự phân hạch với các neutron nhiệt. Tháng 4 năm 1940, John R. Dunning chứng minh được Bohr đã đúng. Trong thời gian này, Bohr và Wheeler đã phát triển một khuôn khổ lý thuyết mà họ công bố vào tháng 9 năm 1939 trong bài báo tiêu đề "The Mechanism of Nuclear Fission".