La fonction d'onde en mécanique quantique est la représentation de l'état quantique dans la base de dimension infinie des positions. La probabilité de présence des particules représentées par cet état quantique est alors directement le carré de la norme de cette fonction d'onde.
La fonction d'onde est calculée à l'aide de l'équation de Schrödinger. Par exemple dans un puits de potentiel, la fonction d'onde d'une particule est une onde sinusoïde stationnaire dont la longueur d'onde est un multiple de la largeur du puits.
Historiquement, la fonction d'onde fut introduite par Louis de Broglie dans sa thèse en 1924. Son nom s'explique par le fait qu'elle revenait à donner à toute particule les propriétés d'interférence typique d'une onde, généralisant la dualité onde-particule introduite pour la lumière par Max Planck. L'interprétation probabiliste est due à Erwin Schrödinger.