在量子力學中，泡利不相容原理指出兩個或多個具有半整數自旋的相同粒子（即費米子）不能同時占據量子系統中的相同量子態。 該原理由奧地利物理學家沃爾夫岡·泡利 (Wolfgang Pauli) 于 1925 年針對電子制定，后來通過他 1940 年的自旋統計定理擴展到所有費米子。

對于原子中的電子，可以這樣表述：一個多電子原子的兩個電子不可能有四個量子數的相同值：n，主量子數； ?, 方位量子數; m?，磁量子數； 和 ms，自旋量子數。 例如，如果兩個電子位于同一個軌道上，則它們的 n、? 和 m? 值相同； 因此它們的 ms 必須不同，因此電子必須具有相反的半整數自旋投影 1/2 和 ?1/2。

具有整數自旋的粒子或玻色子不受泡利不相容原理的約束：任何數量的相同玻色子都可以占據相同的量子態，例如，激光產生的光子或玻色中的原子—— 愛因斯坦凝聚體。

更嚴格的說法是，關于兩個相同粒子的交換，總（多粒子）波函數對于費米子是反對稱的，而對于玻色子是對稱的。 這意味著如果兩個相同粒子的空間坐標和自旋坐標互換，則總波函數的符號對費米子會改變，而對玻色子不會改變。

如果兩個費米子處于相同的狀態（例如，在同一個原子中具有相同自旋的相同軌道），交換它們不會改變任何東西并且總波函數將保持不變。 總波函數既可以按照費米子的要求改變符號又可以保持不變的xxx方法是這個函數必須處處為零，這意味著狀態不存在。 這個推理不適用于玻色子，因為符號不會改變。

泡利不相容原理描述了所有費米子（具有半整數自旋的粒子）的行為，而玻色子（具有整數自旋的粒子）則受制于其他原理。 費米子包括夸克、電子和中微子等基本粒子。 此外，重子如質子和中子（由三個夸克組成的亞原子粒子）和一些原子（如氦-3）是費米子，因此也被泡利不相容原理描述。 原子可以有不同的整體自旋，這決定了它們是費米子還是玻色子——例如，氦 3 的自旋為 1/2，因此是費米子，而氦 4 的自旋為 0，是玻色子。 泡利不相容原理支撐著日常物質的許多特性，從大規模穩定性到原子的化學行為。

半整數自旋意味著費米子的固有角動量值為 ? = h / 2 π {\displaystyle \hbar =h/2\pi }（約化普朗克常數）乘以半整數（1 /2、3/2、5/2 等）。 在量子力學理論中，費米子由反對稱態描述。 相反，具有整數自旋的粒子（玻色子）具有對稱波函數，并且可能共享相同的量子態。 玻色子包括光子、負責超導的庫珀對以及 W 和 Z 玻色子。 費米子的名字來源于它們服從的費米-狄拉克統計分布，玻色子的名字來源于玻色-愛因斯坦分布。

在 20 世紀初，具有偶數個電子的原子和分子比具有奇數個電子的原子和分子在化學上更穩定。 例如，在吉爾伯特·N·劉易斯 (Gilbert N. Lewis) 于 1916 年發表的文章《原子與分子》(The Atom and the Molecule) 中，他的六個化學行為假設中的第三個指出，原子在任何給定的殼層中傾向于持有偶數個電子，尤其是持有八個電子 ，他假設通常對稱地排列在立方體的八個角上。

1919 年，化學家歐文·朗繆爾 (Irving Langmuir) 提出，如果原子中的電子以某種方式連接或聚集，就可以解釋元素周期表。 電子群被認為占據了原子核周圍的一組電子殼層。 1922 年，Niels Bohr 更新了他的原子模型，假設一定數量的電子（例如 2、8 和 18）對應于穩定的封閉殼層。

泡利尋找這些數字的解釋，這些數字最初只是經驗性的。 與此同時，他試圖解釋塞曼效應在原子光譜和鐵磁性方面的實驗結果。 他在 Edmund C. Stoner 1924 年的一篇論文中找到了重要線索，該論文指出，對于給定的主量子數 (n) 值，外部堿金屬光譜中單個電子的能級數 所有簡并能級分離的磁場等于對于相同 n 值的惰性氣體封閉殼層中的電子數。