슈뢰딩거(Schrödinger)와 닐스 보어(Niels Bohr)는 둘 다 생물학과 양자역학(quantum mechanics)의 결합이 과학의 최전선이라고 보았다. 그럼에도 오늘날까지 양자생물학은 물리학자나 생물학자들로 부터 큰 관심을 받지 못하고 있다.

과학자들은 노이즈를 차단해야 하는 고도로 정교한 실험에서 터널링(tunnelling)과 얽힘(entanglement) 등 양자 현상을 관찰한다. 양자 시스템을 교란하는 소음이 많을수록 시스템이 양자성을 유지하고 고전적인 것에 저항하기 어렵다. 그렇기 때문에 많은 실험들이 절대영도에 가까운 낮은 온도에서 작동되고, 실험 기구의 진동도 억제된다.

양자역학이 본질적으로 따뜻하고 액체 상태의 무질서한 생명체 내부에서 작동될 수 있다는 것에 의문이 제기된다.

1960년대 후반, 미국 과학자들은 효소에서 작용하는 양자 생물학 증거를 제시했다. 효소는 생화학적 반응을 극적으로 가속화시키는 복잡한 단백질 구조다. 그들이 이것을 어떻게 하는지 이해하는 두 가지 방법이 있다. 양자역학과 고전역학이다. 연구원들은 고전역학이 생화학 반응 속도 증가의 정도를 설명할 수 없다는 것을 발견했다.

이후 과학자들은 현상을 더잘 설명하는 양자 터널링을 사용해 해답을 찾기 시작했다. 과학자들은 생물 시스템에서 흔히 볼 수 있는 양성자와 수소 전달과 관련된 반응에서 유사한 발견을 했다.

과학자들은 여전히 효소 촉매에서 양자 터널링의 완전한 역할과 가치를 이해하지 못하고 있다. 그럼에도 다른 자연 현상에서 유사한 퀀텀 네이처(quantum nature) 현상이 발견된다.

그 중 하나가 광합성이다. 광합성(photosynthesis) 과정의 한 단계는 매우 효율적이어서, 과학자들은 양자 효과를 기대했다.

광합성은 화학반응의 연속이다. 첫 번째 반응은 크로모포어(chromophore)라고 불리는 부분을 포함하는 분자들을 포함한다. 햇빛에 비친 광자가 크로모포어에 부딪히면 그 작용은 엑시톤(exciton)라 불리는 하전된 준입자(quasiparticle)의 생성을 유도한다. 엑시톤은 반응 중심부에 도달할 때까지 분자의 격자를 통해 움직이며, 거기서 분자 에너지를 화학 에너지로 변환하는 다른 분자와 반응한다.

이과정은 인간이 알고 있는 가장 효율적인 에너지 전달 과정이다. 고전물리학의 직관으로는 불가능한 수준의 효율성이다. 이에 과학자들은 양자 현상에 관심을 가졌다. 2007년 나온 첫 번째 실험 결과는 양자역학 작용이 있음을 암시했다. 과학자들은 그 이후로, 식물과 몇몇 박테리아가 생존을 위해 양자역학을 이용한다면, 더 크고 복잡한 유기체는 어떨까를 연구했다.

오랫동안 양자생물학의 상징은 유럽 로빈(European robin) 이라는 작은 철새였다. 로빈 새들은 눈에 크립토크롬(cryptochromes)이라 불리는 일종의 단백질을 가지고 있다. 그들은 양자 얽힘(entanglement) 상태의 한 쌍의 입자를 만들어 빛에 반응한다. 이 얽힌 쌍은 어떤 임의의 방해로 인해 파괴되기 전에 오랫동안 서로 다른 양자 상태 사이를 진동한다.

이 쌍은 변환(trance) 상태에서 자기장 내 특정한 양자 상태를 지속해 뇌에 신호를 만들어낸다. 이 신호는 자기장 센서처럼 작동한다. 과학자들이 1978년에 처음으로 기본 버전을 발전시킨 이후, 독립적 측정은 천천히 그러나 확실히 이 이론의 일부분을 검증해 왔다.

2019년 현재 효소 촉매(catalysis), 광합성, 조류 항법 등이 양자생물학의 가장 인기 있는 응용 분야다. 연구자들은 이미 후각, 의식의 기원, 그리고 생명의 기원에서 양자적 기반를 찾고 있다. 과학자들은 양자 효과가 이러한 시스템의 일반적 특징인지, 자연과 물질들이 작용을 개선하기 위해 그것을 적극적으로 이용하는지도 묻고 있다.

독립 과학자인 크리스 필즈는 고전물리학과 양자역학은 인간이 개발한 이론을 설명하기 위해 만든 용어라고 지적한다. 자연은 그 이론을 넘어서 존재한다. 식물은 광합성을 하고, 로빈은 이주하며, 효소는 인간이 양자역학을 발견하기도 전에 촉매작용을 했다.