1924年，瑞士籍奥地利科学家泡利（Wolfgang E.Pauli，1900-1958）（右图）在研究中发现了不相容原理：每一个原子中，绝不能存在两个或多个等价的电子，即在一种状态下不存在所有量子数都相同的电子。运用这一原理，解决了光谱规律中的许多难题，理解了原子中电子壳层的形成，以及当元素按原子序数递增排列时所观察到的周期律。 

　　1925年，美籍荷兰科学家古德斯密特（Samuel Abraham Goudsmit，1902-1978）（左图左）和乌伦贝克（George Eugene Uhlenbeck，1900-1988）（左图右）提出了电子“自旋”的假设，给泡利的新量子数提供了物理图象。 　

　　1927年，泡利引用有名的二分量波函数和泡利矩阵，把自旋概念纳入非相对论量子力学的表述之中。

　　1928年，英国科学家狄拉克（Paul Adrie Maurice Dirac，1902-1984）（右图）提出一个理论，在数学上解释了为何电子具有1／2的自旋，也即为什么将其转一整圈不能、而转两整圈才能使它显得和原先一样。

　　1940年，泡利又证明了引入自旋概念是出于量子场论的需要。自旋成了所有粒子的基本参量，不但电子存在自旋，中子、质子、光子等所有微观粒子都存在自旋，只不过取值不同。自旋和静质量、电荷等物理量一样，也是描述微观粒子固有属性的物理量。

　　自旋为0的粒子像一个圆点：从任何方向看都一样。而自旋为1的粒子像一个箭头：从不同方向看是不同的。只有当它转过360°时，这粒子才显得是一样。自旋为2的粒子像个双头的箭头，只要转过180°，看起来就一样了。类似地，更高自旋的粒子在旋转了整圈的更小的部分后，看起来就一样。有些粒子转过一圈后，仍然显得不同，必须使其转720°，这样的粒子具有1／2的自旋。