Ein klassisches Teilchen – etwa eine Metallkugel – kann ein Hindernis nicht überwinden, wenn es nicht genügend Energie dafür hat. Auch auf Menschen trifft das zu: Sie könne nicht durch Wände gehen. Anders ist es bei Quantenobjekten: Sie können „tunneln“, also sich jenseits einer Barriere aufhalten, obwohl ihre Energie eigentlich dafür gar nicht ausreicht. Grund ist ihr Wellencharakter: Ihre Aufenthaltswahrscheinlichkeit ist auch außerhalb der Barriere nicht null.

So eine Barriere kann beispielsweise eine Wand sein oder eine Lücke. Dabei gilt: Je höher die Wand und je breiter die Lücke, desto geringer wird die Wahrscheinlichkeit, dass die Quantenteilchen hindurchtunneln können. Diesen Umstand kann man ausnutzen, um Oberflächen mit atomarer Auflösung zu untersuchen: mit einem Rastertunnelmikroskop. Man lässt dazu Elektronen durch die Lücke zwischen der Spitze einer elektrisch leitenden Sonde und der Oberfläche einer Probe durchtunneln. Dieser Strom variiert stark mit dem Abstand der Spitze zur Probe. Anhand des gemessenen Tunnelstroms bekommt man ein atomgenaues Bild der Oberfläche. Mit der sehr fein justierbaren Sondenspitze lassen sich Atome sogar hin- und her verschieben.