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随着量子理论的发展，因果性原理下场怎样，我们马上就要谈到。
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然而，因为一个结果的原因不总是能被确定，例如在彗星的情况下，而且也不总是能发现一种机制来解释各种各样的现象，在19世纪，一个替代性的信条——决定论开始产生影响了。因果性和决定性的区别已经由笛卡儿作出了。因为人的感官知觉是有限的，所以结果看起来在时间上跟随原因。原因不过是理由。这一信条的意义最好由一个类比来说明。承认了欧几里得几何学的公理，一个圆的性质（例如周长和面积）以及其内接三角形的性质就作为必然的逻辑结果直接决定了。事实上，据说牛顿曾经问过，既然欧几里得几何学中的定理已经明显由公理所必然蕴含，为什么还有人费事将它们写出来。然而，多数人要费好长时间才能发现一个这样的性质。这种在时间中的发现，似乎以与原因和结果相同的时间顺序将公理和定理相联结，不过这是错觉。
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对于物理现象也是这样。在神圣的智性看来，所有的现象都同时并存，由一个数学结构来把握。而感官，一个一个地认识事件，把一些当作另一些的原因。笛卡儿说道，我们现在可以理解为什么对于未来的数学预言是可能的，这是因为数学关系是预先存在的。数学关系是对于关系的最清楚的物理解释。简而言之，真实世界是数学上可表达的物体在空间和时间中之运动的总体，整个宇宙是一架巨大的、和谐的、数学化设计的机器。此外，许多哲学家，包括笛卡儿，还坚持这些数学定律是固定的，因为上帝就是这样设计的宇宙，而上帝的意志是不变的。不管人类能否读解上帝的意志、看透上帝的设计，世界都根据定律来运作，世界的规律性是不可否认的，至少19世纪以前是这样。
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宇宙由坚硬的不可毁坏的微粒组成，这些微粒根据确定的、可计算的力相互作用。这种牛顿式的宇宙观被法国天文学家、数学家皮埃尔—西蒙·德·拉普拉斯侯爵（Simon de Laplace, 1749—1827）用来作为一种彻底的严格的决定论之基础。下面的话是他对于决定论之本质的经典性表述：
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有这个一种智性，在任何给定瞬间都知道大自然中所有的作用力，而且知道组成宇宙的所有物体的瞬间位置，如果它有足够的能力分析一切数据，那么在它看来，就没有什么是不确定的了，无论过去还是未来都展现在它眼前。
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实际上拉普拉斯的“单一公式”难以想象。决定论者愿意满足于诸多公式。
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拉普拉斯没有意识到，他是在撰写机械论和决定论的墓志铭。他的概念包含一个凭空想象的超人“智性”。但是这样一种智性的存在是不相干的。如果宇宙确实以势不可挡的严格的决定论方式运作，贯穿了过去和未来，那么不管是否有这样一个智性来知晓，它还是如此，因为在拉普拉斯的宇宙中，这种知性不施加任何影响。因为其在数学和天文学领域应得的巨大声望，拉普拉斯的完全决定论的宇宙观被广泛讨论、并极为推崇。
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决定论的宇宙观是如此坚定地被坚持，以至于哲学家们将其应用到作为宇宙的组成部分的人类的活动上去。观念、意愿和行动是物质之间相互作用的必然结果。人类的意志是由外部的物理原因以及生理原因决定的。霍布斯这样来解释看起来是自由的意志：外部的事件作用在我们的感觉器官上，而这些又压触在我们的大脑上。大脑中的运动产生了我们叫做欲望、高兴和恐惧的东西，这些感觉不过是这种运动的存在罢了。当欲望和厌恶互相挤撞时，就有了一种叫做权衡的物理状态。当一种运动占上风时，我们就说我们已经运用了自由意志。然而，没有选择是真正由个体作出的。我们意识到结果，但没有意识到决定结果的过程。根本就没有自由意志，这是无意义的词语组合。意志牢牢地受物质的作用钳制。
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伏尔泰在其《无知的哲学家》（Ignorant Philosopher）中说道：“如果整个的大自然、所有的行星都遵循永恒的规律，而有一种5英尺长的小动物，居然能够蔑视这些规律，主要按照其臆想随心所欲地行动，那倒是很奇怪的。”我们发明概率一词不过是用来表示一种其原因未知的已知结果。
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这一结论是如此令人不安，甚至连唯物主义者也试图来减缓其强硬性。其中有些认为，虽然人类的行为是被决定的，思想却不是。引入了这种二分法也不能给人多少安慰，因为这意味着思想在决定行动时是无用的，人类仍是机器人。另外的人为保留一些自由的外表重新解释自由的含义，伏尔泰含糊其辞地说：“自由意味着能够做我们所喜欢的，而不是意愿我们所喜欢的。”很显然，为了得到自由，我们必须喜欢他者替我们意愿的东西。
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在科学中，说事件A决定了事件B只是意味着给定了A，就能计算出B，反之亦然。这样，对于决定论在科学中的“运用”，可以这样来表述：给定了在某一特定瞬间一组物体的状态，就能够通过计算来确定其任何其他瞬间的状态，无论过去还是将来。
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科学意义上的决定论可以由变量之间的函数关系（即我们在前面的章节见到的公式）来更好地表示。很明显，函数关系并不带有原因和结果的含义。
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一门严格的科学中的要务就是确定变量之间的函数关系。当发现这样一种关系广泛有效，表达了一个有关宇宙运作的重要事实时，它就取得了自然规律的地位。决定论原理可以说归于科学规律的恒定性和可靠性。适当地考虑这样两个事实：（1）作为定律之基础的实验数据永远也不会完美地精确；（2）所有的理论联系都是试探性的，可能经新的发现来修正，那么决定论的内涵恰好就是大自然的统一性。
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然而，决定论命定不能持久。在大自然的运作中有一些不稳定因素——克拉克·麦克斯韦称它们为奇点（singular points）。坐落在山峰顶上的一块岩石是不稳定的，因为只需很轻地一推，就可能引起山崩。同样，这些也是不稳定现象：引起森林大火的火柴，使世界战争的小词语，以及使我们成为哲学家或者白痴的小小基因。这样的不稳定因素是决定论的世界中的裂缝。在这些事例中规律崩溃了，在其他情况下可以忽略的效应在这里可能起主导作用。
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麦克斯韦提醒其科学同行注意这些奇点的含义：
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因此，如果那些物理科学的耕耘者在追求科学的神秘知识中被引向研究奇异性和不稳定性，而不是研究持续性和稳定性，那么科学的进展就可能倾向于去除那些赞同决定论的偏见，这样的偏见似乎起源于这样的假设：将来的物理科学只是对于过去的物理科学之观念的放大。
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如果一个人是他那代人的领袖，那他实际上是下一代人的预言家。麦克斯韦自己对于气体理论的贡献协助为决定论的死亡铺好了道路。他在这种世界结构中所见到的裂缝或者说缺陷不久就扩大了，决定论的世界分崩离析了。
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决定论不得不向统计规律让步。在我们探究这一概念之前，让我们先来看看这种定律的意思是什么。在美国最大的商业机构就是保险业。很明显，想通过第一原理来推导出任何一个人的死亡之年的一切企图都注定要失败。然而，通过获取有关几千个人的生命期限的数据，并利用概率论，保险公司可以以这样的保险费来给人们提供保险：对于付保险费的个人以及冒风险的公司来说都是公平的。
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统计规律在物理学中的应用是从统计力学开始的。在统计力学中，至少可以相信：如果我们能够处理几百万个以决定论的方式运动的分子的碰撞，就能够确定气体的行为。然而，分子数是如此之大，除了统计手段就不可能考虑其总体行为。对于统计规律的第一次重要的运用是由路德维希·波尔兹曼在其气体研究中作出的。在一个好像与机械论和决定论从容相得的世界里，这是激进的一步，因而引起了剧烈的争论。然而，波尔兹曼坚持，物理学的任务不是传唤经验数据来接受我们的规律和思想的判决，而是使我们的思想、观念和概念来适应经验上所予的。波尔兹曼的统计力学在他那个时代被嘲笑为“数学恐怖主义者”的玄想。
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放射性，电子作为波和粒子的好像任意的行为，以及粒子从原子核中不可预言的射出，这些无疑都在向决定论挑战。此外，普朗克的量子、爱因斯坦的光子以及波尔的电子跃迁，都不能确定地预言。由维纳·K·海森堡（1901—1976）在1927年所宣布的不确定原理（见第10章）在动摇决定论信念中也起了重要作用。在1927年发表的一篇文章中，海森堡对因果性和决定论都作了抨击：
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但是在因果律的强表述中，如果我们准确地知道了现在，就能够计算未来。错误的不是最终的原因，而是其假设。我们从原则上不可能知道现在的一切被决定的组成部分。 因而，所有的知觉都是从大量的可能性中的一种选择，一种对于未来可能性的限制。因为量子力学的统计特性是如此紧密地与知觉的不精确性相联系，有人倾向于去设想在被知觉到的统计性世界背后隐藏着因果律有效的真实世界。但是在我们看来……这样的推测是无意义、无结果的。物理学必须给出的只是知觉之联系的形式化描述。对于真实情况的一个更好的描述是：既然所有的实验结果都遵循量子力学，量子力学确定无疑地显示了因果律的无效性。
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海森堡的不确定原理不只是说量子现象的因果联系在我们的探测能力之外，而是清楚地蕴含：这种联系不存在。这是海森堡自己的推断。鉴于不确定原理，因果性和决定论变得无意义了。量子力学只能是一门统计性学科。它对单个粒子不给予精确的描述，对于其行为也不作精确的预言。不过，对于大的粒子集合，它能作出非常准确的预言。
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李厦德·冯·米泽斯以及其他撰文讨论量子力学的人提出了不确定机制。所有的确定性的定律都被看成不过是对于与机遇律相联系的可几关系的近似的、纯粹被动的反映。如此一来，原子领域中的单个过程和事件就是完全无规律的。如爱丁顿在其《物理世界的本质》（The Nature of the Physical World）中所预言：“科学已经使决定论站不住脚了。”
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1957年汉斯·莱辛巴赫在其《原子与宇宙》（Atom and Cosmos）中强调对于所有物理结果的几率解释是正确的。最可几的就是在观察的范围内发生的。只有在无数原子在高几率过程中结合的大尺度上，我们才能在实践中把这样的现象看成是确定的。从根本上说，即使大尺度的事件也是可几的。空间、时间、实体、力、因果性以及定律这些概念是从“中尺度”的人类日常经验中借来的，肯定不适合原子现象。
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长期以来其他有影响力的物理学家如波恩、波尔和鲍林都坚持（尽管稍有不同），大自然中的事件只能由几率解释，而普朗克、爱因斯坦、冯劳厄、德布罗意、薛定谔以及其他人则不同意这种观点——对于因果性和决定论他们坚持经典力学概念。争论的要点在于，量子物理规律的统计性是由于我们缺乏知识而采用的权宜之计，会随着时间进程由象牛顿力学中那样的规律来取代呢；还是统计规律具有客观性——即独立于我们的知识和意识——对应于微观世界中的实际事件。
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