stern--gerlach實驗.測定光子角動量而推出.
自旋的發(fā)現(xiàn),首先出現(xiàn)在堿金屬元素的發(fā)射光譜課題中.于1924年,沃爾夫?qū)づ堇紫纫胨Q為是「雙值量子自由度」(two-valued quantum degree of freedom),與最外殼層的電子有關(guān).這使他可以形式化地表述泡利不相容原理,即沒有兩個電子可以在同一時間共享相同的量子態(tài).泡利的「自由度」的物理解釋最初是未知的.Ralph Kronig,Landé的一位助手,于1925年初提出它是由電子的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的.當泡利聽到這個想法時,他予以嚴厲的批駁,他指出為了產(chǎn)生足夠的角動量,電子的假想表面必須以超過光速運動.這將違反相對論.很大程度上由于泡利的批評,Kronig決定不發(fā)表他的想法.
當年秋天,兩個年輕的荷蘭物理學家產(chǎn)生了同樣的想法,George Uhlenbeck和Samuel Goudsmit.在保羅·埃倫費斯特的建議下,他們以一個小篇幅發(fā)表了他們的結(jié)果.它得到了正面的反應(yīng),特別是在Llewellyn Thomas消除了實驗結(jié)果與 Uhlenbeck 和 Goudsmit 的（以及 Kronig 未發(fā)表的）計算之間的兩個矛盾的系數(shù)之后.這個矛盾是由于電子指向的切向結(jié)構(gòu)必須納入計算,附加到它的位置上；以數(shù)學語言來說,需要一個纖維叢描述.切向叢效應(yīng)是相加性的和相對論性的（比如在c趨近于無限時它消失了）；在沒有考慮切向空間朝向時其值只有一半,而且符號相反.因此這個復(fù)合效應(yīng)與后來的相差系數(shù)2(Thomas precession).
盡管他最初反對這個想法,泡利還是在1927年形式化了自旋理論,運用了埃爾文·薛定諤和沃納·海森堡發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)代量子力學理論.他開拓性地使用泡利矩陣作為一個自旋算子的群表述,并且引入了一個二元旋量波函數(shù).
泡利的自旋理論是非相對論性的.然而,在1928年,保羅·狄拉克發(fā)表了狄拉克方程式,描述了相對論性的電子.在狄拉克方程式中,一個四元旋量所謂的「狄拉克旋量」被用于電子波函數(shù).在1940年,泡利證明了「自旋統(tǒng)計定理」,它表述了費米子具有半整數(shù)自旋,玻色子具有整數(shù)自旋.