Двухщелевой опыт является следствием того, что свет и материя обладают свойством корпускулярно-волнового дуализма, демонстрируя вдобавок фундаментально вероятностный характер квантово-механических явлений. Впервые опыт был проведён Томасом Юнгом с пучком света в 1801 году. А через 126 лет в 1927 году Дэвиссон и Гермер продемонстрировали, что электроны проявляют такое же поведение в схожем опыте.
Опыт Томаса Юнга со светом был частью классической физики задолго до квантовой механики и концепции корпускулярно-волнового дуализма. Сам Юнг считал, что это доказывало правдивость волновой теории света. Его опыт иногда называют «щели Юнга».
Этот опыт относится к общему классу опытов с «двойным путём», в которых первоначальная волна разделяется на две раздельные, которые впоследствии снова объединяются в одну. Изменения длины пути обеих волн приводят к сдвигу фаз, создавая интерференционную картину.
Другой версией опыта является интерферометр Маха-Цендера, который разделяет луч при помощи зеркала. Интерферометр состоит из четырех зеркал: 2 полупрозрачных и 2 глухих . Входящий световой пучок расщепляется полупрозрачным зеркалом на два пучка равной интенсивности, которые после отражения сводятся вместе вторым полупрозрачным зеркалом. На выходе имеются две плоские световые волны, распространяющихся в близких направлениях. Если зеркала установлены так, что выходящие пучки абсолютно параллельны, то может случиться, что эти две волны находятся в противофазе. Тогда результирующая интенсивность будет равна нулю. При этом вся энергия будет уноситься идущим вверх пучком. Обычно выходящие пучки не абсолютно параллельны, и наблюдается интерференционная картина в виде системы из параллельных полос . Диаметр пучков мал (менее 1 мм), и наблюдать картину невооруженным глазом невозможно. Для увеличения размеров интерференционной картины на пути двух пучков помещают рассеивающую или собирающую линзу с малым фокусным расстоянием. Тогда на экране получается интерференционная картина, приемлемых размеров (размер пятна на экране относится к диаметру пучка, как расстояние до экрана относится к фокусному расстоянию линзы).
Обнаружено, что другие объекты атомного масштаба, например электроны, проявляют то же поведение при стрельбе по двойной щели. Кроме того, наблюдение отдельных дискретных взаимодействий по своей природе является вероятностным, что необъяснимо с помощью классической механики.
Опыт может быть сделан с намного более крупными объектами, чем электроны и фотоны, хотя он становится более сложным с увеличением размеров. Крупнейшими объектами, для которых был проведён опыт с двумя щелями, были молекулы, каждая из которых содержала 810 атомов (общая масса которых составляла более 10000 атомных единиц массы).
Двухщелевой опыт (и его вариации) стал классическим мысленным экспериментом, как яркий пример загадок квантовой механики. Поскольку он демонстрирует фундаментальное ограничение способности наблюдателя прогнозировать экспериментальные результаты, Ричард Фейнман назвал это «явлением, которое невозможно объяснить каким-либо классическим способом, и в котором заложено сердце квантовой механики. В действительности, оно содержит единственную тайну квантовой механики...».