玻尔认为，在研究微观粒子的现象时，不应该以完全舍弃对运动的描述为代价，而应该提出具有一定适用范围的特殊“运动粒子”的概念，在此基础上取代海森堡提出的仅通过可观测的波动特性来描述微观粒子的表述方式。当然，海森堡证明了微观粒子的运动不能被牛顿体系描述，这是毋庸置疑的。这是因为，在牛顿力学中只要知道了粒子的初始位置、动量以及受到的力，就可以无限精确地计算出未来任意时刻粒子的位置和速度；而对于微观粒子来说，这是无法实现的。确实微观粒子的运动也满足一定的规律，当它们质量非常小时（即亚原子粒子），如果已知其某一时刻的位置和动量的大致数值范围，那么也能够预测未来某一时刻粒子的位置会落在哪个范围中。然而，即使已知的初始条件范围再窄，我们也无法像牛顿定律那样，预测出同样精确的末态。换句话说，如果试图用微观粒子击中靶心，那么即使枪口瞄得再准，微观粒子也未必能落入靶心。在海森堡的理论中，位置测量的不确定度和动量的不确定度之间有某种关系：它们的乘积等于一个确定的量，即普朗克常数h。这一关系就是著名的“海森堡不确定关系”（Heisenberg's relation of indeterminacy）。

不久，玻尔就对这种微观粒子的奇怪行为做出了更完善的阐释。他指出，就像光子的粒子性和波动性一样，“位置”和“动量”是一个微观粒子的两个不同方面。把粒子的位置限制在空间确定区域内，正如将光的能量集中在一个光子上；而粒子的动量则与光的波动性对应。物质粒子和光都具有波粒二象性（wave-particleduality），但波动性和粒子性之间既不矛盾，又非毫无关系。玻尔又一次强调了“马赫的要求”，即物理的陈述应当可以被确定的物理实验观测所验证。所以，特定的实验测量仪器决定了光或者电子表现出波动性还是粒子性。波动性和粒子性是同一物理对象的两种“互补”的性质。我们观测到的结果取决于我们用什么样的实验仪器去测量微观粒子。这一概念被称为玻尔的互补原理（Bohr's theory of complementarity）。

因此，玻尔的理论与牛顿力学的决裂之彻底，更甚于相对论与牛顿力学之间的差异。玻尔的理论不能定义什么事件才是“真正”发生的。“太阳发出的光照射在地球上”这一说法是不准确的，我们只能说明太阳发出的光被地球某处的仪器接收到。更精确地说，不应该以描述粒子运动路径的方式来描述“物理真实”，我们能且只能叙述不同时空点中不同物理仪器测量的结果。然后，物理定律负责将这些不同的测量结果（而不是粒子的路径或位置）联系起来。这种观点与实证主义哲学观一致，即科学不能发现世界上真正发生的事，只能描述并将不同的观测结果结合在一起。

科学到底是对观察结果的描述和归类，还是对真实世界的研究？自二十世纪初以来，这两种观点之间的冲突便愈演愈烈。在欧洲中部的科学家中，这种分歧和矛盾尤其尖锐。马克斯·普朗克作为后者（他称为“形而上学”观点）的代言人，极其激烈地反对支持前者的激进派科学家。他尤其攻击与玻尔理论一致的马赫实证主义科学观。在这时，维也纳和布拉格开始了实证主义的变革。新的运动与“马赫的要求”紧密关联，这一运动以维也纳学派（Wiener Kreis）、摩里兹·石里克（1882—1936）、德裔美籍哲学家鲁道夫·卡尔纳普（1891—1970）、奥地利科学家奥图·纽拉特（1882—1945）等人为中心，被称为逻辑实证主义（logical positivism），并与当时蔚然成风的实用主义、操作主义（operationism）趋势等有一定的关联。在英国，哲学家、数理逻辑学家、历史学家，二十世纪西方最著名、影响最大的学者和和平主义社会活动家伯特兰·罗素（1872—1970）也引导了一场类似的运动。