Heisenberg hat die Physik des 20. Jahrhunderts wesentlich mitbestimmt. Indem er messbare Größen nichtvertauschbare Operatoren beschrieb vollzog er einen entscheidenden mit der klassischen Physik und legte die für eine konsistente Formulierung der Quantenmechanik . Mit der Unschärferelation gab er seinen Erkenntnissen eine anschauliche auch oft missverstandene Interpretation.
Weitere wichtige Beiträge leistete er zur Kernphysik (Einführung des Isospins ) und zur Elementarteilchenphysik . In der Nachkriegszeit schaffte er es wahrscheinlich respektabler Einzelleistungen nicht mehr so ganz Anschluss an das internationale Forschungsgeschehen zu finden; war sein Versuch einer Einheitlichen Feldtheorie den Fakten nicht gewachsen und muss als auf ganzen Linie gescheitert gelten.
Zu Beginn des zweiten Weltkriegs wurden er und andere Physiker (z.B. Otto Hahn und Carl Friedrich von Weizsäcker ) in das Heereswaffenamt berufen. Ihre Aufgabe sollte sein Einsatzmöglichkeiten der Kernspaltung zu finden. ist umstritten ob Heisenberg tatsächlich die Herstellung Atombombe wünschte oder ob er sogar Ergebnisse hat um den Bau einer solchen zu Gegner und Fürsprecher messen einem Gespräch dass 1941 mit Niels Bohr führte eine große Bedeutung zu um wahren Intentionen von Heisenberg zu deuten.
Dieses Gespräch wurde von Michael Frayn unter dem Titel Copenhagen als Theaterstück dramatisiert. Verschiedene Spekulationen zum Gesprächsinhalt werden der Sichtweise der Beteiligten (Heisenberg Bohr Bohrs durchgesprochen und mögliche Motive analysiert.
Heisenberg und mehrere seiner Kollegen wurden dem Krieg arrestiert und verbrachten einige Monate Kriegsgefangenschaft in England.
Unter seinen nichtfachwissenschaftlichen Schriften ragt seine hervor: "Der Teil und das Ganze. Gespräche Umkreis der Atomphysik" (1969). Aus über vier Abstand rekonstruiert Heisenberg Dialoge die veranschaulichen wie Beiträge zur Quantenmechanik in engem Austausch mit Mitforschern ( Arnold Sommerfeld Niels Bohr Wolfgang Pauli u.v.a.) erarbeitet wurden.