Quantenmechanik beschreibt das Verhalten von Elektronen, Atomen und Phononen und ist grundlegend für das Verständnis von Bindung, Bandstruktur, Defekten und Transport in Werkstoffen. Methoden wie Dichtefunktionaltheorie und ab-initio-Molekulardynamik erlauben die Vorhersage von Struktur, Phasendiagrammen, mechanischen, elektrischen und optischen Eigenschaften sowie von Reaktionspfaden und Diffusionsprozessen auf atomarer Skala.