在非相對論量子力學中，電子自旋也是作為假定引進的。但是在相對論量子力學中，自旋作為一個基本物理量跟其它性質一樣包含在波動方程中，不需要單獨假定。

量子力學中非常重要的一個方程就是薛定諤方程了。透過薛定諤方程我們可以解釋很多的微觀現象，比如諧振子、氫原子的能級和它們的譜線頻率，計算粒子被場散射時的散射截面以及原子對光的吸收和發射係數等等。計算結果在相當精確的範圍內與實驗符合。

薛定諤方程

但是薛定諤方程依然是有很大侷限性的，這個侷限性就是它沒有包含微觀粒子自旋。所以薛定諤方程不能處理涉及到自旋的微觀現象，如塞曼效應（原子在外磁場中發光譜線發生分裂且偏振的現象）等。這說明微觀粒子還有一些特性有待我們去認識，即電子存在自旋角動量，在非相對論量子力學中，自旋是作為一個新的附加量子數引入的，是根據電子具有自旋的實驗事實,在薛定諤方程中硬加上的。在相對論量子力學中，電子自旋像電荷一樣，自然地包含在相對論的波動方程：狄拉克方程中。

施特恩-格拉赫實驗

證明電子具有自旋特徵的實驗是施特恩-格拉赫實驗是德國物理學家奧托·施特恩（Otto Stern）和格拉赫（W.Gerlach）於1921年到1922年期間完成的一個著名實驗。該實驗首次證實了原子角動量在磁場中的空間取向量子化，是原子物理和量子力學的基礎實驗之一。它還提供了測量原子磁矩的一種方法，併為原子束和分子束實驗技術奠定了基礎。