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同样在1923年，一名叫路易斯·维克多·皮埃尔·雷蒙德·德布罗意
的法国博士生提出了一个激进的想法：他认为光和物质应该是对称的，因此像电子这样的物质粒子应该有波长。毕竟，既然光波的行为像粒子，难道粒子的行为就不应该像波？
德布罗意提出，如同光子拥有由波长决定的动量，电子这样的物质也应该有由动量决定的波长：
λ=h/p
这只是把 光子动量的公式 倒过来给出波长的公式。这个想法有些数学上的优雅，对1923年的理论物理学家来说颇有吸引力，但同时也明显像胡说八道，因为固态物体从没表现出类似于波的行为。当德布罗意在他的博士论文答辩中表明他的想法时，没人知道该怎么做。他的教授们甚至不确定是否要给他学位，最后不得不把他的论文拿给爱因斯坦看。爱因斯坦称这篇论文非常棒，于是德布罗意获得了博士学位。但他关于电子是波的观点几乎没有获得任何实验的支持，直到20世纪20年代的两项实验确凿地证明了电子有像波一样的行为。
1927年，两位美国物理学家，克林顿·戴维孙和莱斯特·革末让电子从镍的表面弹回，并记录了从不同角度反弹的电子的数量。他们惊讶地发现，探测器在一个特定的角度探测到了数量非常大的反弹的电子。这个神奇的结果最终被解释为当电子从镍靶的不同排的原子上反弹回来时会像波一样发生衍射。如下面图片所示，电子束进入镍靶后，部分电子束被镍晶体
中的第一排原子弹回，而其他的被第二排、第三排……原子弹回。电子从这些不同排的原子上弹回的行为就是波的行为。从晶体深处的原子反射回的波的传播距离比从表面原子反射回的波的传播距离长。这些波会互相干涉，就像在杨的实验中光波通过不同的狭缝时那样（只是这里有许多道狭缝，而不仅仅是两道）。大多数时候，反射波反相，会互相抵消。不过，在某些特定的角度，叠加的波经过的不同距离恰好使它们同相，并产生亮斑，这正是戴维孙和革末发现的：在这个特定角度反射的电子的数量有很大的增长。德布罗意给电子确定波长的公式完美预言了戴维孙和革末的实验结果
。
镍晶体中电子的衍射。入射的电子束（虚线）通过规则排列的原子构成的晶体，并有少量的波（单个的电子）从晶体中不同的原子上反射回来。从晶体深处反射回来的电子的传播距离更长（深色的线）。在某些角度，由于传播距离是波长的整数倍，这些离开晶体的波同相叠加形成了戴维孙和革末看到的亮斑。
“等等，这是怎么回事？如果有很多缝隙，不是应该有很多斑点吗？”
“不是这样的。当你把这些波叠加在一起，你仍然得到亮斑和暗斑交替的图样，但随着你使用的缝隙越来越多，亮斑就会变得越来越亮、越来越窄，而暗斑会变得越来越暗、越来越宽。”
“所以，我如果穿过尖桩栅栏跑到邻居的院子里，会在那边变得更亮、更窄吗？”
“好吧，你会变窄一点儿，但这不是个好主意。这里的重点是戴维孙和革末的‘缝隙’靠得那么近，因此他们在放置探测器的区域只能看到一个亮斑。如果使用不同的晶体，或者使电子运动得更快，他们就会看到更多的亮斑。”
大约在同一时间，阿伯丁大学的乔治·佩吉特·汤姆孙做了一系列实验。在这些实验中，他向金属薄膜发射电子束，并观察到透射电子中的衍射图样（这样的图样在本质上与戴维孙和革末的实验中的图样是以相同的方式产生的）。与托马斯·杨在1799年展示的一样，戴维孙、革末和汤姆孙看到的这些衍射图样毫无疑问是波的行为特征，因此他们的实验证明了德布罗意是正确的：电子具有波的性质。德布罗意因为他的预测获得了1929年诺贝尔物理学奖，戴维孙和汤姆孙因为展示了电子的波的性质分享了1937年的诺贝尔物理学奖
。
在戴维孙、革末和汤姆孙的实验之后，科学家们证实了所有亚原子粒子的行为都像波一样：质子束和中子束就像电子一样会在实验材料样品的原子上产生衍射。中子衍射现在是一种在原子级别上测量材料结构的标准方法：科学家可以通过观察中子从样品上反弹时产生的干涉图样来推断样品中的原子是如何排列的。在原子级别上了解材料的结构可以让材料科学家设计出强度更大和密度更小的材料，以用于汽车和飞机制造以及太空探索。中子衍射也可用于测定像蛋白质和酶这样的生物材料的结构，为正在寻找新药物和新疗法的科学家们提供关键信息。