1945年諾貝爾物理學獎授予美國新澤西州普林斯頓大學的奧地利物理學家泡利，以表彰他發現了所謂泡利原理的不相容原理。
不相容原理是量子理論中的重要原理，是1925年1月由泡利提出的。這一原理可以表述為：對於完全確定的量子態來說，每一量子態中不可能存在多於一個的粒子。泡利後來用量子力學理論處理了h/4π自旋問題，引入了二分量波函數的概念和所謂的泡利自旋矩陣。通過泡利等人對量子場的研究，人們認識到隻有自旋為半整數的粒子（即費米子）才受不相容原理的限製，從而確立了自旋統計關係。
關於不相容原理的發現，泡利在他的諾貝爾獎演說中講到，不相容原理發現的曆史可以追溯到他在慕尼黑的學生時代。在維也納讀中學時，他就掌握了經典物理學和相對論的知識。在慕尼黑大學經索末菲引導接觸到從經典的思想方法看來有些離奇的原子結構理論。他和所有習慣於經典思想方法的物理學家一樣，當第一次接觸到玻爾的量子理論的基本假設時不免受到衝擊。他一方麵接受了玻爾的原子理論；一方麵了解索末菲企圖用光譜定律的解釋來克服使用動力學模型所遇到的困難。泡利對這兩種理論都不滿意。
反常塞曼效應的解釋問題，使物理學家倍感苦惱，泡利也不例外。據說當時有一位友人看見泡利在哥本哈根的大街上閑逛，就問他為什麼不高興。泡利回答說：“當一個人正在想到反常塞曼效應時，他怎麼高興得起來啊！”。按照玻爾的想法，當分析原子的結構時，應該首先從內層開始。可以設想有一個帶正電荷Ze的原子核，在其周圍是若幹電子，這些電子一個接著一個被原子核俘獲，直到它俘獲了Z個電子而形成中性原子時為止。最先被俘獲的電子占據能量最低的量子軌道，這就是玻爾所謂的“組建原則”。泡利不滿意的原因在於他認為原子光譜的根源在於價電子的運動，不應該從原子實的結構去找。
泡利仔細研究了堿金屬光譜的雙重結構，引入了“經典不能描述的雙重值”概念，在這基礎上概括成一個重要結論，即原子中不能有兩個電子具有相同的四個量子數。這就是最初泡利提出的不相容原理。
1925年以前，描述電子一般隻用三個量子數。泡利的“雙重值”實際上就等於要求電子要有第四個量子數。當時，並不知道這第四個量子數就是自旋。
泡利為創立量子力學作出過許多重要貢獻，他雖然失去了直接提出量子力學基本形式的機遇，但他發表了許多有獨創性的論文，而且還提出過許多很有創見的批評和見解。他的看法對於海森伯等人創建量子力學起著極其重要的作用。他的許多關於量子力學的綜述性文章中，最著名的一篇“波動力學的普遍原理（1933年）”是量子力學方麵的重要文獻。
泡利另一曆史性貢獻是提出了中微子概念。為了解釋β衰變中放出的電子能量之所以有連續譜，他在1930年作出過一個大膽的假設，認為原子核在β衰變中不僅放出電子，而且還放出一種質量非常小，穿透力卻非常大的中性粒子。他當時把它叫做“中子”；1932年，費米把它改稱為中微子。泡利這一假說解決了β衰變中角動量和能量不守恒的困難，但當時並不能得到實驗證實。1933年，費米根據這種假說提出了β衰變理論。隨著基本粒子物理學的進展，中微子假說在弱相互作用中的重要性日益顯著。後來中微子在實驗中得到確證。