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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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我们大都很熟悉爱因斯坦的观点：上帝不会掷骰子。他在两封信中表达了这种信念，这两封信由罗纳德·w·克拉克收集在《爱因斯坦：其生平及时代》（Einstein: The Life and Times）中。第一封信是1926年写给马克斯·波恩的，其中说道：
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量子力学的解释力的确给人印象至深。不过有一个内在的声音告诉我这还不是真实的。这一理论表达了很多，但没有使我们更接近太一的秘密。不管怎么说，我都相信他不会掷骰子。
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第二封信是很久以后写给詹姆斯·弗兰克的，其中说道：
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在最糟糕的情况下，我能意识到至善的主创造了一个其中没有自然规律的世界。简而言之，即混沌。但是我非常不喜欢的是这样一种观点：居然会有有确定解的统计规律，即迫使至善的主在每一个个别事例中都掷骰子的定律。
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在《我的世界观》（1934）中，爱因斯坦说道：“上帝是奥秘无穷的；但他并不怀有恶意。”此外，爱因斯坦和其同事为1935年的《物理学评论》合写的一篇文章中，还说波动力学理论是不完备的。爱因斯坦说在将来统计性的量子理论会像统计力学一样：其中单个粒子（例如气体中的分子）的运动是确定的，但是因为有如此之多，所以运用统计学和概率论。对于新物理学贡献甚大的英国物理学家保罗·A·M·狄拉克在1978年也表达了同样的观点：
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我认为结果可能会证明最终爱因斯坦是正确的，因为不应该将量子力学的现在形式看成是最终的形式……我认为很可能在将来某个时间我们会获得改进了的量子力学，其中回归到决定论，因而证明爱因斯坦的观点是有道理的。但是这样一种向决定论的回归是需要付出代价的：放弃我们现在未经质疑就设定的某个其他的观念。如果我们要重新引入决定论，我们将不得不付出代价，其方式我们现在还猜不出。
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狄拉克指出了某个意识形态的障碍使我们偏离了对于一种更完备的决定性理论的发展，这看来无疑是正确的。如亚历山大·蒲普在其《论人》（Essay on Man）中所言：“所有的机遇，即你看不见的趋向……”
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爱因斯坦和狄拉克都没有提出满足这种需要的替代模型，另外一些物理学家如戴维·包穆（1957）和坂田昌一（shoishi sakata）（1978）都批评了概率性的量子力学，但都没有提出一个有用的替代模型。许多其他的有才能的科学家也与这一难题搏斗，最终未果。然而，现在量子力学发展得是如此充分，以至于解决方法几乎不依赖于更多的实验数据。
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尽管科学家们在处理关于易于看见或操作的客体的事件时（即莱辛巴赫所说的中等尺度现象），仍运用经典力学的决定论规律，但是，由于量子力学提供的新洞见，他们对于这些事件中的决定性机制的态度大大地改变了。事情这样发生了，是因为它们这样发生是高度可几的，而别样发生时是不可几的。
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