Хајзенберг је у јесен 1920. године уписао физику, 17. јула 1923. године је докторирао, а октобра 1927. године, као двадесетшестогодишњак, постављен је за редовног професора Теоријске физике у Лајпцигу. У том периоду боравио је у три највећа светска центра теоријске атомске физике тог времена. У Минхену је урадио докторат под руководством А. Зомерфелда, у Гетингену је у зиму 1922/23. био студент, а 1923/24. асистент М. Борна, док је у Копенхагену, код Нилса Бора, прво, 1924/25, био у посети, а 1926. године је постављен за предавача из теоријске физике.
Године 1925. је открио матричну механику, прву формулацију квантне механике. Његова Релација неодређености, откривена 1927, тврди да одређивање позиције и импулса честице нужно садржи грешке, а производ ове две грешке је већи од, или једнак одређеној Планковој константи. Заједно са Бором, он ће формулисати Копенхагенску интерпретацију квантне механике.
Добио је Нобелову награду за физику1932. године „за стварање квантне механике, њену примену која је, , довела до открића алотропских форми водоника“.
Нуклеарна фисија је откривена у Немачкој1938. Хајзенберг је остао у Немачкој за време Другог светског рата, радећи под нацистичким режимом. Водио је немачки програм нуклеарног оружја, али опсег његове сарадње са нацистима није сасвим разјашњен.
Открио је Бору постојање овог програма на конференцији у Копенхагену, септембра 1941. После овог сусрета, велико пријатељство између Бора и Хајзенберга је окончано. Бор се касније придружио Пројекту Менхетн. Немачка није успела да произведе атомску бомбу.
Спекулише се да је Хајзенберг имао моралне сумње, и да је покушавао да успори пројекат. Он лично је такође покушавао да ствари прикаже тако после рата, и књига Томаса Пауера, „Хајзенбергов рат“, као и представа „Копенхаген“ Михаела Фрајна су усвојиле овакву интерпретацију.
Фебруара 2002. се појавило писмо које је Бор написао Хајзенбергу 1957. (али га није послао). У том писму Бор каже да Хајзенберг када су се састали 1941, није изразио никакве моралне проблеме у вези пројекта прављења бомбе, да је Хајзенберг провео протекле две године радећи скоро у потпуности на овом пројекту, и да је био убеђен да ће атомска бомба одлучити победника у рату.
Већина историчара науке узима ово као доказ да је претходна интерпретација Хајзенберговог отпора била погрешна, али неки се не слажу, сматрајући да је Бор можда погрешно разумео Хајзенбергове намере, када су се срели 1941.
Хајзенберг је написао књигу под насловом „Део и целина“ која говори о његовом животу, пријатељству са Бором, и његовим оценама квантне физике.
„Он лежи овде негде“ био је његов епитаф.
Како се прича, једном су га питали, шта би упитао Бога, ако би се указала прилика. Он је одговорио:
Када сретнем Бога, упитаћу га две ствари: Зашто релативитет? И зашто турбуленција? Заиста верујем да ће имати одговор на прво питање.
Werner Heisenberg. Die Möglichkeit der technischer Energiegewinnung aus der Uranspaltung. G-39 (6 December 1939)
Werner Heisenberg. Bericht über die Möglichkeit technischer Energiegewinnung aus der Uranspaltung (II). G-40 (29 February 1940)
Robert Döpel, K. Döpel, and Werner Heisenberg Bestimmung der Diffusionslänge thermischer Neutronen in schwerem Wasser G-23 (7 August 1940)
Robert Döpel, K. Döpel, and Werner Heisenberg Bestimmung der Diffusionslänge thermischer Neutronen in Präparat 38[3] G-22 (5 December 1940)
Robert Döpel, K. Döpel, and Werner Heisenberg Versuche mit Schichtenanordnungen von D2O und 38 G-75 (28 October 1941)
Werner Heisenberg. Über die Möglichkeit der Energieerzeugung mit Hilfe des Isotops 238. G-92 (1941)
Werner Heisenberg. Bericht über Versuche mit Schichtenanordnungen von Präparat 38 und Paraffin am Kaiser Wilhelm Institut für Physik in Berlin-Dahlem. G-93 (May 1941)
Fritz Bopp, Erich Fischer, Werner Heisenberg, Carl-Friedrich von Weizsäcker, and Karl WirtzUntersuchungen mit neuen Schichtenanordnungen aus U-metall und Paraffin G-127 (March 1942)
Robert Döpel Bericht über Unfälle beim Umgang mit Uranmetall G-135 (9 July 1942)
Werner Heisenberg Bemerkungen zu dem geplanten halbtechnischen Versuch mit 1,5 to D2O und 3 to 38-Metall G-161 (31 July 1942)
Werner Heisenberg, Fritz Bopp, Erich Fischer, Carl-Friedrich von Weizsäcker, and Karl Wirtz Messungen an Schichtenanordnungen aus 38-Metall und Paraffin G-162 (30 October 1942)
Robert Döpel, K. Döpel, and Werner Heisenberg Der experimentelle Nachweis der effektiven Neutronenvermehrung in einem Kugel-Schichten-System aus D2O und Uran-Metall G-136 (July 1942)
Werner Heisenberg. Die Energiegewinnung aus der Atomkernspaltung. G-217 (6 May 1943)
Fritz Bopp, Walther Bothe, Erich Fischer, Erwin Fünfer, Werner Heisenberg, O. Ritter, and Karl WirtzBericht über einen Versuch mit 1.5 to D2O und U und 40cm Kohlerückstreumantel (B7) G-300 (3 January 1945)
Robert Döpel, K. Döpel, and Werner Heisenberg Die Neutronenvermehrung in einem D2O-38-Metallschichtensystem G-373 (March 1942)
— (1934). „Bemerkungen zur Diracschen Theorie des Positrons”. Zeitschrift für Physik. 90 (3–4): 209—231. Bibcode:1934ZPhy...90..209H. S2CID186232913. doi:10.1007/BF01333516. The author was cited as being at Leipzig. The paper was received on 21 June 1934.
— (1936). „Über die 'Schauer' in der Kosmischen Strahlung”. Forsch. Fortscher. 12: 341—342.
—; Euler, H. (1936). „Folgerungen aus der Diracschen Theorie des Positrons”. Z. Phys. 98 (11–12): 714—732. Bibcode:1936ZPhy...98..714H. S2CID120354480. doi:10.1007/BF01343663. The authors were cited as being at Leipzig. The paper was received on 22 December 1935. A translation of this paper has been done by W. Korolevski and H. Kleinert: arXiv:physics/0605038v1.
— (1938). „Der Durchgang sehr energiereicher Korpuskeln durch den Atomkern”. Nuovo Cimento. 15 (1): 31—34. Bibcode:1938NCim...15...31H. S2CID123209538. doi:10.1007/BF02958314. — (1938). „Der Durchgang sehr energiereicher Korpuskeln durch den Atomkern”. Verh. Dtsch. Phys. Ges. 19 (2).
„The Nobel Prize in Physics 1932”. Nobelprize.org. Приступљено 7. 12. 2012. This source explains that Heisenberg actually received his Nobel Prize for 1932 one year later, in 1933.
Chevalley, Catherine Werner Heisenberg: Philosophie le Manuscrit de 1942 (Éditions du Seuil, 1998)
Eckert, Michael (1990). „Primacy doomed to failure: Heisenberg's role as scientific adviser for nuclear policy in the FRG”. Historical Studies in the Physical and Biological Sciences. 21 (1): 29—58. JSTOR27757654. doi:10.2307/27757654.
Eckert, Michael Werner Heisenberg: controversial scientist physicsweb.org (2001)
Goudsmit, Samuel with an introduction by R.V. JonesAlsos (Toamsh, 1986)
Fedak, William A.; Prentis, Jeffrey J. (2009). „The 1925 Born and Jordan paper "On quantum mechanics"”. American Journal of Physics. 77 (2): 128—139. Bibcode:2009AmJPh..77..128F. doi:10.1119/1.3009634.
Hentschel, Klaus; Hentschel, Ann M., ур. (1996). Physics and National Socialism: An Anthology of Primary Sources. Birkhäuser. ISBN978-0-8176-5312-5. [This book is a collection of 121 primary German documents relating to physics under National Socialism. The documents have been translated and annotated, and there is a lengthy introduction to put them into perspective.]
Hentschel, Klaus (2007). The Metal Aftermath: The Mentality of German Physicists 1945–1949. Oxford.
Junk, Robert (1958). Brighter Than a Thousand Suns: A personal history of the atomic scientists. Harcourt, Brace.
Kant, Horst Werner Heisenberg and the German Uranium Project / Otto Hahn and the Declarations of Mainau and Göttingen, Preprint 203 (Max-Planck Institut für Wissenschaftsgeschichte, 2002)
MacKinnon, Edward (1977). „Heisenberg, Models, and the Rise of Quantum Mechanics”. Historical Studies in the Physical Sciences. 8: 137—188. JSTOR27757370. doi:10.2307/27757370.
Mehra, Jagdish; Rechenberg, Helmut (2001). Volume 3. The Formulation of Matrix Mechanics and Its Modifications 1925–1926. The Historical Development of Quantum Theory. Springer. ISBN978-0-387-95177-5.
Mehra, Jagdish; Rechenberg, Helmut (2001). Volume 6. The Completion of Quantum Mechanics 1926–1941. Part 2. The Conceptual Completion and Extension of Quantum Mechanics 1932–1941. Epilogue: Aspects of the Further Development of Quantum Theory 1942–1999. The Historical Development of Quantum Theory. Springer. ISBN978-0-387-95086-0.
Schaaf, Michael: Heisenberg, Hitler und die Bombe. Gespräche mit Zeitzeugen. GNT-Verlag. Schaaf, Michael (2018). Heisenberg, Hitler und die Bombe: Gespräche mit Zeitzeugen. Berlin. ISBN978-3-86225-115-5..
Walker, Mark (1992). „Physics and propaganda: Werner Heisenberg's foreign lectures under National Socialism”. Historical Studies in the Physical and Biological Sciences. 22 (2): 339—389. JSTOR27757685. doi:10.2307/27757685.
Walker, Mark (1993). German National Socialism and the Quest for Nuclear Power 1939–1949. Cambridge. ISBN978-0-521-43804-9.
Walker, Mark Eine Waffenschmiede? Kernwaffen- und Reaktorforschung am Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik, Forschungsprogramm "Geschichte der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft im Nationalsozialismus"Ergebnisse 26 (2005)
Born, Max The statistical interpretation of quantum mechanics. „Nobel Lecture”(PDF). Архивирано из оригинала 19. 10. 2012. г.CS1 одржавање: Неподобан URL (веза)– 11 December 1954.
Cassidy, David C (2001). Werner Heisenberg: A Bibliography of His Writings, Second, Expanded Edition. Whittier.
Dörries, Matthias Michael Frayn's 'Copenhagen' in Debate: Historical Essays and Documents on the 1941 Meeting Between Niels Bohr and Werner Heisenberg (University of California, 2005)
Fischer, Ernst P (2002). Werner Heisenberg: Das selbstvergessene Genie. Piper.
Heisenberg, Werner "A Scientist's case for the Classics" (Harper's Magazine, May 1958, p. 25–29)
Heisenberg, Werner (1974). Across the Frontiers. Harper & Row.
Kleint, Christian and Gerald Wiemer (2005). Werner Heisenberg im Spiegel seiner Leipziger Schüler und Kollegen. Leipziger Universitätsverlag.
Papenfuß, Dietrich, Dieter Lüst, and Wolfgang P. Schleich (2002). 100 Years Werner Heisenberg: Works and Impact. Wiley-VCH.CS1 одржавање: Вишеструка имена: списак аутора (веза)
Powers, Thomas, "The Private Heisenberg and the Absent Bomb" (review of Werner and Elisabeth Heisenberg, My Dear Li: Correspondence, 1937–1946, edited by Anna Maria Hirsch-Heisenberg and translated from the German by Irene Heisenberg, Yale University Press, 312 pp., $40.00), The New York Review of Books, vol. LXIII, no. 20 (December 22, 2016, pp. 65–67. "Heisenberg, Carl Friedrich von Weizsäcker, and... Karl Wirtz [during World War II led] an effort [to prevent] a complete shutdown [of work toward a German atom bomb], which would condemn young physicists to military service... or takeover by Nazi extremists who might think an atomic bomb could still give Hitler a complete victory." (p. 66.) Desiring on ethical grounds to prevent the introduction of nuclear weapons into the world, the key German nuclear physicists "'agreed... not to deny [the feasibility of] an atomic bomb, but... to [argue] that it could not be implemented within a realistic time frame...'" (p. 67.)
Rechenberg, Helmut und Gerald Wiemers (2001). Werner Heisenberg (1901–1976), Schritte in die neue Physik. Sax-Verlag Beucha.
Rhodes, Richard (1986). The Making of the Atomic Bomb. Simon and Schuster.
Schiemann, Gregor (2008). Werner Heisenberg. C.H. Beck.
von Weizsäcker, Carl Friedrich and Bartel Leendert van der Waerden Werner Heisenberg (Hanser, Carl GmbH, 1977)
Walker, Mark (1995). Nazi Science: Myth, Truth, and the German Atomic Bomb. Perseus.
Walker, Mark (2005). „German Work on Nuclear Weapons”. Historia Scientiarum; International Journal for the History of Science Society of Japan. 14 (3): 164—181.