Открытие Зееманом в 1897 г. того факта, что структура линий испускания или поглощения изменяется, когда вещество, испускающее или поглощающее излучение, помещается в магнитное поле, может быть названо в числе тех, которые поистине открыли новую эпоху в развитии атомной теории. Оно не только дало наиболее решительное подтверждение той теоретической точке зрения, развитой в основном на базе работ Фарадея и Максвелла, согласно которой электрические и оптические свойства веществ определяются движением внутриатомных заряженных частиц, но и впервые предоставило в наше распоряжение источник прямой информации о природе этих частиц. В действительности замечательное соответствие между общими чертами эффекта Зеемана и предсказаниями, вытекающими из теории Лоренца, было вряд ли более впечатляющим, чем близкое совпадение между значением отношения заряда к массе для внутриатомных частиц, выведенным на основе этой теории из экспериментальных данных Зеемана, и значением этого же отношения для заряженных частиц, которые были тогда открыты в опытах с катодными лучами и которые известны сейчас как электроны. Значение этого совпадения для осознания того, что электрон является фундаментальной частицей атомной структуры, всегда подчёркивалось Дж. Дж. Томсоном, который в течение последующих лет внёс больший, чем кто-либо, вклад в развитие электронной теории материи.

В постепенном развитии электронной теории строения атома эффект Зеемана играл не менее важную роль, чем в создании её основ, фактически определяя направление этого развития. Дальнейшее исследование магнито-оптических явлений, приведшее к обнаружению более сложной картины эффекта Зеемана, которая не могла быть объяснена теорией Лоренца, вскоре выявило существенную недостаточность классического фундамента электронной теории для объяснения деталей спектральных явлений. Отмеченное Престоном замечательное соотношение между типом зеемановского расщепления спектральных линий и их последовательностью особенно ясно продемонстрировало тесную взаимосвязь происхождения такой картины эффекта Зеемана с механизмом возникновения линейчатых спектров испускания, который тогда оставался совершенно неясным. В то же время Рунге заметил, что во всякой сложной картине зеемановского расщепления в некоторых её чертах имеется определённое сходство с так называемой картиной нормальных триплетов, предсказанной теорией Лоренца, а Пашен и Бак обнаружили постепенный переход «аномального» зеемановского расщепления в такие триплеты по мере возрастания магнитного поля. Эти открытия давали основание надеяться, что в будущем удастся разрешить все эти загадки на основе электронной теории.

Однако после открытия Резерфордом в 1911 г. атомных ядер, открытия, которое таким неожиданным образом завершило поиски адекватной модели атома, пришлось оставить все надежды на достижение этой цели с помощью соответствующих предположений о природе внутриатомных сил. В то время как ядерная модель атома с самого начала служила безошибочной путеводной нитью в раскрытии удивительных явлений радиоактивности и превращений элементов, её неудовлетворительность в применении к спектральным явлениям — поскольку речь шла о классической основе электронной теории — была столь очевидной, что сразу же наводила на мысль о необходимости радикального отхода от обычных представлений электродинамики. Это привело к попытке исходить при решении проблемы спектров испускания из совершенно нового принципа, не укладывавшегося в рамки классической физики, который впервые выразился в открытии Планком кванта действия и в руках Эйнштейна продемонстрировал свою плодотворность при объяснении им законов фотоэффекта. В то время как эта точка зрения позволила дать немедленное объяснение комбинационного принципа Ридберга—Ритца, которым описываются закономерности спектральных серий и который не поддавался никакой классической интерпретации, в течение долгого времени не существовало возможности достигнуть ясного понимания аномального эффекта Зеемана. Таким образом, прежде всего создавалось впечатление, что ни более простые попытки создания квантовой теории строения атомов, исходившие из ограниченной применимости классических представлений, ни постепенно вырабатываемые квантовомеханические методы, столь могущественные во многих других случаях, не оставляют больше возможности объяснить в рамках классической теории любой тип зеемановского расщепления за исключением нормального лоренцевского триплета. Совпадение между результатами, полученными с помощью этих методов при изучении эффекта Зеемана, и выводы обычной электронной теории, нашедшие свое выражение в известной теореме Лармора, представляли собой совершенно определённый пример так называемого принципа соответствия, намечавшего путь, по которому классические понятия, несмотря на присущие им ограничения, могут быть включены в построение квантовой теории.

Именно эта ситуация и стимулировала более тщательное изучение зеемановского расщепления, которое помимо всего прочего открывало возможность полного анализа этого расщепления на основе общего комбинационного принципа спектральных линий — в согласии с фундаментальными постулатами квантовой теории строения атомов. По существу правильность этого анализа, проведённого главным образом трудами Зоммерфельда и Ланде, в наиболее чёткой форме была подтверждена превосходными экспериментами Штерна и Герлаха по отклонению молекулярного пучка в магнитном поле, а также и исследованием других замечательных магнито-механических эффектов, предсказанных Ричардсоном, Эйнштейном и де Гаазом и, наконец, Барнеттом. Вся эта работа постепенно подготовила основу для последующего фундаментального отхода от классической электронной теории, воплощённого в идее спина электрона. Это новое продвижение началось с установления общего принципа исключения, к которому пришёл Паули в процессе анализа эффекта Пашена—Бака. В результате оно получило предварительное завершение за счёт введения в атомную теорию Уленбеком и Гаудсмитом образного представления о вращающемся электроне с внутренним магнитным моментом. Эта идея в духе принципа соответствия открыла возможность не только удивительно просто интерпретировать наиболее существенные характерные черты аномального эффекта Зеемана, но также и объяснить переход от него к нормальному триплету — по мере возрастания магнитного поля. Последовательное решение проблемы электронного спина было дано в конце концов остроумной теорией Дирака, которая в то же самое время привела к наиболее замечательному завершению электронной теории, выразившемуся в предсказании возможности возникновения — при соответствующих условиях —пар противоположно заряженных электронов. Эта идея получила в дальнейшем блестящее экспериментальное подтверждение.

Дираковская теория электрона не основывалась на каком-либо явном предположении о собственном магнитном поле электрона; в ней всё богатство спектральных явлений и всех деталей эффекта Зеемана выступало в виде прямых следствий неких модификаций, которые не вводились в теорию на основе каких-либо механических моделей, а диктовались классической электронной теории существованием кванта действия. В связи с этим старые трудности в интерпретации эффекта Зеемана представляли особенно поучительную иллюстрацию существенных ограничений приложения пространственно-временны́х представлений в квантовой механике, которые столь отчётливо продемонстрировал принцип неопределённости, сформулированный Гейзенбергом. Подобно общей теории относительности Эйнштейна, которая сделала классическую физику столь совершенной и гармоничной, развиваемые в последние годы в рассматриваемой области физики представления основываются на выводах, получаемых в процессе прямых наблюдений. В то время как теория относительности имеет дело с зависимостью анализа измерений от выбора пространственно-временны́х систем отсчёта, в квантовой теории мы встречаемся с совершенно новой ситуацией, порождённой неизбежным взаимодействием между объектами измерений и измерительными приборами. Поскольку в соответствии с природой измерений указанное взаимодействие является существенно неконтролируемым, оно несёт в себе новые черты взаимного исключения между однозначным применением пространственно-временны́х понятий и динамическими законами сохранения. При этом классические представления о причинной зависимости заменяются более широкой концепцией дополнительности.