אדוארד טלר, Hans Werner Fiedler, Ludwig Bewilogua, Gerhard Börner, Viktor Alexander Garten, Fritz Kluge, Edwin Karl Gora, Horst Müller, Detlof Julius Alexander Ponsonby Lyon, Willem van der Grinten, Hildegard Geest, Gerhard Martin, Otto Günther, פרידווארדט וינטרברג, Hermann Arthur Jahn, רודולף פיירלס, פליקס בלוך, קארל פרידריך פון וייצזקר, Werner Güttinger, Wang Foh-San, Richard John Eden, בפסקה זו 9 רשומות נוספות שטרם תורגמו
בשנת 1927 פרסם הייזנברג תגלית חשובה נוספת, את עקרון האי-ודאות, הקרוי על שמו. ב-23 בפברואר הוא תיאר אותו במכתב לוולפגאנג פאולי, וכעבור כחודש שלח מאמר מדעי לפרסום.[1] הייזנברג הוכיח כי יש זוגות של משתנים (הקרויים "צמודים"), המתייחסים לתכונות של מערכת קוונטית. זוגות אלה מאופיינים בתכונה מיוחדת במינה, שלא הייתה דומה לעולם שלפני מכניקת הקוונטים: ככל שמצבו של אחד המשתנים בזוג כזה ידוע בוודאות גבוהה יותר, כן מצבו של בן זוגו ידוע בוודאות מועטה יותר. לדוגמה, ככל שמקומו של אלקטרון ידוע בדיוק רב יותר, כן התנע שלו ידוע במידה פחותה של דיוק. הייזנברג קבע כי אין זו בעיה של מדידה, שאולי תיפתר עם שכלול השיטות והמכשירים, אלא זו תכונה בסיסית ומהותית של הטבע. עקרון האי-ודאות השפיע עמוקות על הפיזיקה ועל הפילוסופיה. העיקרון משפיע בצורה ניכרת רק על מדידות בסדר גודל של קבוע פלאנק, והשפעתו זניחה בסדרי גודל גדולים יותר.
תחת השלטון הנאצי
לאחר עליית הנאצים לשלטון בגרמניה, הוטרד הייזנברג על ידי גורמים נאציים שכינו אותו "יהודי לבן" ותקפו אותו על שלימד את "הפיזיקה היהודית" שהייתה מזוהה עם אלברט איינשטיין, הנוגדת את הפיזיקה הגרמנית של פיליפ לנארד. לבקשתו, נערכה בדיקה על ידי היינריך הימלר מפקד האס אס, והלה טיהר את שמו בעיני הנאצים, דבר שהפסיק את ההתקפות עליו.
הייזנברג, 1933
בתחילת מלחמת העולם השנייה בחר הייזנברג להישאר בגרמניה, לטענתו, ממניעים פטריוטיים. נילס בוהר התאכזב קשות מצעדו של הייזנברג ולא הסתיר זאת. למרות זאת, במשך תקופת מלחמת העולם השנייה היו חילופי מכתבים בין השניים.
בשנות מלחמת העולם השנייה עמד הייזנברג בראש מכון הקייזר וילהלם לפיזיקה באוניברסיטת הומבולדט בברלין, והיה שותף לתוכנית הגרמנית לפיתוח נשק גרעיני. ב-4 ביוני1942 נפגש הייזנברג עם שר החימוש הנאצי אלברט שפר לגבי אפשרויות פיתוח נשק גרעיני והציג בפני שפר את הקשיים הטכנולוגיים לפתח נשק גרעיני עקב הזמן הרב והחומרים הרבים הנדרשים למשימה. שפר ציין ביומנו שהייזנברג אמר שיש באירופה רק ציקלוטרון אחד קטן, הנמצא בפריז, דבר אשר יקשה מאוד על שימוש בו תחת מעטה סודיות. בעקבות פגישה זאת, הורחק הייזנברג מעבודה על תוכנית הגרעין הנאצית והתרכז במחקר תאורטי על שימושים באנרגיה גרעינית.
לאחר המלחמה נראה היה כי תפקידו במאמץ המלחמה הנאצי שנוי במחלוקת, במיוחד בשאלה מדוע העריך שגרמניה לא תוכל טכנולוגית לייצר פצצה גרעינית. ראיות של צבא בעלות הברית, אשר עקבו בשלב מסוים אחרי תוכניות הגרעין של גרמניה, מציגות הקלטה של הייזנברג בה הוא אומר בשיחת טלפון לאנשי המפלגה הנאצית כי דרושות טונות של אורניום לשם פיתוח פצצה אחת, לכן אין פיתוח הפצצה אפשרי בזמן כה קצר. הביוגרף של הייזנברג טען שהייזנברג עשה כמיטב יכולתו לשבש את התוכנית לפיתוח פצצה אטומית גרמנית, ועל כן העריך שהדבר בלתי ישים. אבל היו שאמרו, לדוגמה, ג'רמי ברנשטיין בספרו "מועדון האורניום של היטלר", כי עשה כמיטב יכולתו לקדם את פצצת הגרעין הגרמנית, והתוכנית נכשלה רק בגלל היעדר אמצעים, ובגלל גישה תאורטית שהוכחה כחסרת תוחלת. נילס בוהר, מורו וידידו של הייזנברג, ציין שהתרשם בפגישתו איתו במהלך המלחמה כי הלה היה נלהב ביותר מהרעיון לקדם את פצצת האטום הגרמנית.
לאחר הניצחון על גרמניה, עצרו האמריקאים עשרה מבכירי הפיזיקאים הגרמנים, בתוכם הייזנברג, ושיכנו אותם בחווילה (Farm Hall) באזור קיימברידג' באנגליה. הפיזיקאים נעצרו במטרה למנוע מהרוסים לשים עליהם את ידם ובמיוחד למנוע ממידע על פרויקט הגרעין לדלוף עד תום המלחמה נגד יפן. הפיזיקאים זכו ליחס טוב שכלל מגרשי טניס ופסנתר, ומתקני ציתות עקבו אחרי השיחות ביניהם. אין בתמלולים של השיחות עדות לכך שהייזנברג או הפיזיקאים האחרים ניסו לשבש את תוכנית הגרעין הנאצית. לעומת זאת, יש בתמלילים עדות לכך שהייזנברג היה מודע למדיניות הרצח הנאצית.
