人类最早探索到自旋的奥秘，与著名的“泡利不相容原理”有关。在量子力学诞生的那一年，沃尔夫冈·泡利也在奥地利的维也纳呱呱坠地，二十多年后，他成为量子力学的先驱者之一，是一个颇富特色的理论物理学家。泡利在物理学界以犀利和尖刻的评论而著称，丝毫不给人留面子。泡利有一句广为流传的评论名言：“这不是对的，甚至也谈不上是错的！
”据说泡利自己讲过他学生时代的一个故事，有一次在柏林大学听爱因斯坦讲相对论的报告，报告完毕，几个资深教授都暂时沉默不言，似乎正在互相猜测：谁应该提出第一个问题呢？突然，只见一个年轻学子站了起来说：“我觉得，爱因斯坦教授今天所讲的东西还不算太愚蠢！”原来这愣头愣脑地小伙子就是泡利。
泡利在年轻时就表现出过人的聪明，高中毕业时发表了他的第一篇科学论文，20岁时写了一篇200多页纸的有关相对论的文章，得到爱因斯坦的高度赞扬和好评。当年的物理学家波恩甚至认为，泡利将成为比爱因斯坦更伟大的科学家。不过，聪明过头的人往往不快乐。年轻的泡利在经受了母亲自杀和离婚事件的打击后，患上了严重的神经衰弱症，不得不求助于当时也在苏黎世并且住得离他不远的心理医生卡尔·荣格。
1922年到1923年，泡利应波尔之邀到哥本哈根波尔研究所工作一年，研究的课题是反常塞曼效应。人们经常看见他漫无目标地游走在哥本哈根美丽的大街小巷上，似乎显得很不开心闷闷不乐的样子。泡利自己后来在一篇回忆文章中描述过当时的心情，大意是说，当你被反常塞曼效应这种难题纠缠的时候，你能开心得起来吗？塞曼效应指的是原子的光谱线在磁场的作用下发生分裂的现象。
当原子中的电子从激发态返回到基态时，便释放能量，发出一定波长的光谱。
泡利在一堆年轻的量子革命家中，偏向左派，算是更彻底的革命者，他不相信经典的原子实模型，最后断定反常塞曼效应的谱线分裂只与原子最外层的价电子有关。从原子谱线分裂的规律，应该可以找出原子中电子的运动方式。1922年的施特恩-格拉赫实验，也有力地证明了额外角量子数的存在。仿造前人，泡利引入了4个量子数来描述电子的行为。
泡利在1925年提出不相容原理，于1945年，由爱因斯坦提名而因为此项成就获得诺贝尔物理奖。泡利不相容原理大概表述如下：电子在原子中的状态由四个量子数(n、l、j、mj)决定。在外磁场里，处于不同量子态的电子具有不同的能量。如果有一个电子的四个量子已经有明确的数值，则意味着这四个量子数所决定的状态已被占有，一个原子中，不可能有两个或多个电子处于同样的状态。
自旋是量子力学中的一种可观测物理效应，物理学家们对它的数学模型和物理效应都可以说了解得颇为详细，但是如果要深究自旋的本质到底是什么？这个问题却难以回答，目前的结论只能说：自旋是基本粒子的一种类似角动量的内禀量子属性，它与粒子的时空运动无关，没有经典物理量与它对应。自旋的确有它的神秘之处，无论从物理意义、数学模型、实际应用上而言，都还有许多的谜底等待我们去研究、去揭穿。