具有量子特性的系统（通常为双态系统，如自旋1/2粒子），选定两个相互正交的本征态，分别以（采狄拉克标记右括向量表示）和代表。当对此系统做投影式量子测量时，会得到的结果必为这两个本征态之一，以特定机率比例出现。此外，这两个本征态可以复数系数做线性叠加得到诸多新的量子态

而从量子力学得知，这些线性叠加态的两个复数系数，必须要求各自绝对值平方相加之和为1，也就是：

因为

即要求总机率要是1

两个本征态、及无限多种线性叠加态，集合起来就代表了一个量子位元；各态皆属纯态。

和（古典）位元“非0即1”有所不同，量子位元可以“又0又1”的状态存在，所谓“又0又1”即上述无限多种组合的线性叠加态。这特性导致了量子平行处理等现象，并使量子计算应用在某些课题上显著地优于古典计算，甚至可进行古典计算无法做到的工作。