pada skala kuantum, berbagai objek menunjukkan perilaku bak-gelombang; dalam teori kuantum, kuanta yang geraknya berlawanan dengan sebuah bukit energi potensial bisa dideskripsikan oleh fungsi gelombang mereka, yang mewakili amplitudo probabilitasnya penemuan partikel itu di lokasi tertentu pada salah satu sisi bukit. jika fungsi ini menjelaskan partikel berada di salah satu sisi bukit, maka terdapat kemungkinan partikel itu telah bergerak melalui, bukannya melintasi bukit, dan dengan begitu membentuk terowongan.
pada 1928, george gamow membuat teori peluruhan alfanya sebuah inti atom melalui penerowongan.
menurut teori itu, partikel terkurung di inti atom karena dibutuhkan energi yang tinggi untuk melarikan diri dari potensial yang sangat kuat.
di bawah sistem ini, pemisahan inti atom menghabiskan energi dalam jumlah yang amat banyak.
namun dalam mekanika kuantum, ada kemungkinan bahwa partikel bisa menembus potensial dan melarikan diri.
gamow membuat sebuah potensial model untuk inti atom dan menjelaskan hubungan antara waktu paruhnya partikel dengan energi emisi/pancaran.
peluruhan alfa melalui penerowongan juga diteliti oleh ronald gurney dan edward condon.
tak lama kemudian, kedua kelompok itu meneliti apakah partikel juga bisa menembus ke dalam inti atom.
setelah menghadiri sebuah seminarnya gamow, max born mengakui adanya penerowongan mekanika kuantum.
ia menyadari bahwa fenomena penerowongan tidak hanya berlaku di fisika nuklir, tapi merupakan salah satu akibat umum dari mekanikan kuantum yang diterapkan ke berbagai sistem.
saat ini teori penerowongan bahkan diaplikasikan ke kosmologinya alam semesta.a. vilenkin (2003)
kemudian penerowongan kuantum diterapkan ke berbagai situasi lain, seperti pancaran medannya elektron, dan mungkin yang paling penting adalah fisika semikonduktor dan superkonduktivitas.
fenomena seperti pancaran medan, yang penting bagi memori flash, dijelaskan oleh penorowongan kuantum.
penerowongan merupakan salah satu sumbernya kebocoran arus yang utama dalam elektronika vlsi, dan mengakibatkan habisnya tenaga serta efek pemanasan yang mengganggu teknologi kecepatan tinggi dan bergerak (mobile).
penerapan utama yang lain adalah dalam mikroskop penerowongan elektron yang digunakan untuk mengamati berbagai objek yang terlalu kecil untuk dilihat dengan mikroskop konvensional.
mikroskop ini mampu mengatasi sejumlah keterbatasan mikroskop konvensional (batas panjang gelombang, aberasi optik) dengan memindai permukaan sebuah objek dengan penerowongan elektron.
penerowongan kuantum juga menjadi mekanisme yang digunakan enzim untuk meningkatkan laju reaksi.
sudah terbukti bahwa enzim menggunakan penerowongan untuk menghantarkan elektron dan nukleus seperti hidrogen dan deuterium.
dalam enzim glukosa oksidase, inti oksigen mampu menciptakan terowongan di dalam sejumlah kondisi fisiologis.
quantum catalysis in enzymes: beyond the transition state theory paradigm
dalam kebudayaan populer
dalam the simpsons episode future-drama, homer dan bart berkendara melalui sebuah gunung, dan gunung itu bernama quantum tunnel.
dalam film seri fiksi ilmiah sliders, para karakter utama melakukan perjalanan ke dunia paralel dengan mempergunakan penerowongan kuantum melalui sebuah lubang cacing.
dalam video game supreme commander, human menggunakan penerowongan kuantum sebagai alat teleportasi untuk mengkolonisasi berbagai planet.
dalam novel timeline karya michael crichton, para karakter menggunakan penerowongan kuantum sebagai alat untuk melakukan uji coba perjalanan waktu.