Fu uno dei principali artefici della meccanica quantistica, in particolare per aver ispirato e formulato la versione nota come meccanica delle matrici e il principio di indeterminazione. Ricevette il Premio Nobel per la fisica nel 1932 "per la creazione della meccanica quantistica". Dette anche importanti contributi alle teorie dell'idrodinamica dei flussi turbolenti, del nucleo atomico, del ferromagnetismo, dei raggi cosmici e delle particelle subatomiche e fu determinante nella pianificazione del primo reattore nucleare della Germania occidentale a Karlsruhe.