但在量子力学中，由于粒子具有不确定性，即使粒子能量低于势垒能量，它也有一定的概率出现在势垒之外。而且粒子能量越大，出现在势垒之外的概率越高。图3. 一个电子波包穿过一个势垒时的量子隧穿现象（图片来源于wiki:quantum tunneling）应用：扫描隧道显微镜（STM）我们在学高中物理时应该见过下面这幅图，这是一张典型的用STM扫描得到的图案。
而STM就是利用量子隧穿的原理制作而成的。图4. STM扫描得到的铜（111）表面的局域态密度图案由于电子的隧道效应，金属中的电子并不是完全局限于严格的边界之内，也就是说，电子密度不会在表面处突然骤降为零，而是会在表面之外指数性衰减，衰减的长度量级大约为1nm。如果两块金属靠的很近，近到了1nm以下，他们表面的电子云就会发生重叠，也就是说两块金属的电子之间发生了相互作用。
如果在这两块金属之间加一个电压，我们就会探测到一个微小的隧穿电流，而隧穿电流的大小和两块金属之间的距离有关，这就是扫描隧道显微镜（STM）的基本原理。实际的STM会将其中一块金属做成针尖，由于针尖可以做得很细很尖，通过移动针尖的位置，我们就可以探测到另一块金属的表面信息（表面的起伏、表面电子态密度等等）。
电子跃迁的本质是什么？
为了说明微观世界的或然性和不连续性，人们在量子力学中提出了势阱模型。这就好比一个具有一定能量的粒子落入井中，因为具有能量不会停留在井底，但能量又不够大从而受困于井中，无法逃脱出来。然而，对于微观粒子来说，其具有与宏观物质不同的两个特殊的性质。第一个特性是隧道效应，即便是低能粒子也有机会逃逸出来，就好像是在井壁上凿出了一条隧道。
其原因在于，井壁只是粒子高速运动所形成的封闭性，具有概率性。这就相当于向电扇发射子弹，子弹无碍通过是具有概率的，大约等于子弹与扇叶速度的比值。第二个特性是量子化条件，即粒子在势阱中的存在状态是不连续的。实际上，就是同时满足两个势阱壁的能量是不连续的，类似二元一次方程组的解，有两个不相等的解。举个形象的比喻，电子在原子中的能级就像高层住宅?，电子只能根据其能量的大小待在不同的楼层居住，不允许待在非整数的楼层如1.5层居住。
当原子中的电子受到了能量的激发（通电），如果能量合适则该电子获得能量搬入上层居住，如果能量不合适就拒绝接收能量或被能量赶出住所。然而，获得能量的电子，在高层居住的治安环境并不好，经常发生偷盗。当电子的能量被偷之后，电子就无权住在高层了，被赶回底层居住。这就是电子从激发态跃迁回基态的物理机制。偷走能量的是作为物理背景的空间量子，使该量子由原来的基态转变为激发态，成为能够引起我们人眼感应的光子。
