在繼續討論更多天體物理知識前，我們必須鋪墊一些量子力學的知識。先理解一個量子力學的概念——自旋。很多微觀粒子都好像一個小磁鐵，如果把粒子放在磁場裏會產生一定角度的偏轉，並且自旋的方向傾向於和磁場的方向平行，就像指南針一樣。自旋有大有小，但其數值是量子化的，自旋的大小隻能取一些特定的值，統一是約化普朗克常數的整數倍或半整數倍，比如電子的自旋是約化普朗克常數的1/2，光子的自旋是1倍的約化普朗克常數。約化普朗克常數的數值非常小，約等於1.05×10-34J·s。至於為什麽微觀粒子會有自旋，並且還是量子化的，原因尚不清楚，隻能把它當成事物的固有性質。
有了自旋的概念之後，可以將所有微觀粒子按照自旋的性質做分類。所有的粒子都可以分為玻色子和費米子。
自旋大小是約化普朗克常數的整數倍的粒子叫作玻色子，如光子、希格斯粒子；自旋大小是約化普朗克常數的1/2、3/2、5/2等半整數倍的粒子，叫作費米子，如質子、中子、電子。玻色子和費米子的最大區別，體現在泡利不相容原理上。
泡利不相容原理說的是，一個係統內不能存在兩個狀態完全相同的費米子，玻色子則沒有這個限製。就是說，兩個費米子隻要有一點性質不一樣，就可以存在於同一個係統中，如果所有性質完全一樣，就無法存在於同一個係統中。簡單來說，玻色子之間相容，費米子之間不相容，但是費米子和玻色子是相容的。
泡利不相容原理是一條非常重要的物理學原理。泡利也因為這條原理的發現，在愛因斯坦的推薦下，獲得了1945年的諾貝爾物理學獎。