量子数描述量子系统中动力学上各守恒数的值。它们通常按性质描述原子中电子的各能量，但也会描述其他物理量（如角动量、自旋等）。由于任何量子系统都能有一个或以上的量子数，列出所有可能的量子数是件没有意义的工作。
“要多少个量子数才能描述任何已知系统？”这道问题并没有一致的答案，尽管要解决每一个系统都必须要对系统进行全面分析。任何系统的动力学都由一量子哈密顿算符，H，所描述。系统中有一量子数对应能量，即哈密顿算符的特征值。对每一个算符O而言，还有一个量子数可与哈密顿算符交换（即满足OH = HO这条关系式）。这些是一个系统中所能有的所有量子数。注意定义量子数的算符O应互相独立。很多时候，能有好几种选择一组互相独立算符的方法。故此，在不同的条件下，可使用不同的量子数组来描述同一个系统。
{{本节并非该问题的完整描述。详见类氢原子、玻尔原子、薛定谔方程及狄拉克方程。}}
最被广为研究的量子数组是用于一原子的单个电子：不只是因为它在化学中有用（它是周期表、化合价及其他一系列特性的基本概念），还因为它是一个可解的真实问题，故广为教科书所采用。
在非相对论性量子力学中，这个系统的哈密顿算符由电子的动能及势能（由电子及原子核间的库仑力所产生）。动能可被分成，有环绕原子核的电子角动量，J的一份，及余下的一份。由于势能是球状对称的关系，其完整的哈密顿算符能与J2交换。而J2本身能与角动量的任一分量（按惯例使用Jz）交换。由于这是本题中唯一的一组可交换算符，所以会有三个量子数。
依惯例，它们被称为：
从光谱学中所得的结果指出一个轨道最多可容纳两个电子。然而两个电子绝不能拥有完全相同的量子态（泡利不相容原理），故也绝不能拥有同一组量子数。所以为此特别提出一个假设来解决这问题，就是设存在一个有两个可能值的第四个量子数。这假设以后能被相对论性量子力学所解释。
作为摘要，一电子的量子态视下列各量子数而定：
例：用于描述氟（F）原子最外层电子（即价电子，位于原子轨道2p）的各量子数值为：n=2，l=1，ml=1或0或-1，ms=-1/2或1/2。
注意分子轨道需要使用完全不同的量子数组，因为其哈密顿算符及对称跟上述相当不同。
{{详见克里布希－戈登系数}}
当考虑到自旋-轨道作用时，l、m及s就再不能与哈密顿算符交换，因而它们的值会随时间改变。故应该使用另一组量子数。这组包括了
例：考虑以下八个态，定义它们的量子数：
系统的量子态能被这八个态的线性组合所描述。但由于自旋-轨道作用的关系，如欲使用八个由哈密顿算符的特征矢量（即每一个代表一个态且不会因时间而跟其他态混合）所组成的态来描述同一个系统，应考虑以下这八个态：
基本粒子包含不少量子数，一般来说它们都是粒子本身的。但需要明白的是，基本粒子是粒子物理学上标准模型的量子态，所以这些粒子量子数间的关系跟模型的哈密顿算符一样，就像玻尔原子量子数及其哈密顿算符的关系那样。亦即是说，每一个量子数代表问题的一个对称性。这在场论中有着更大的用处，被用于识别时空及内对称。
一般跟时空对称有关系的量子数有自旋（跟旋转对称有关）、宇称、C-宇称、T-宇称（跟时空上的庞加莱对称有关系）。一般的内对称有轻子数、重子数及电荷数。条目味有这些量子数的更详细列表。
值得一提的是较次要但常被混淆的一点。大部分守恒量子数都是可相加的。故此，在一基本粒子反应中，反应前后的量子数总和应相等。然而，某些量子数（一般被称为宇称）是可相乘的；即它们的积是守恒的。所以可相乘的量子数都属于一种对称（像守恒那样），而在这种对称中使用两次对称变换式跟没用过是一样的。它们都属于一个叫Z2的抽象群。
