按照現代物理學的基礎理論——量子場論，物理世界是由各種量子場系統組成的，這些量子場系統的能量最低的狀態（即基態）就是真空。根據這種最新的科學認識，真空並不是“沒有物質的空間”。
真空觀念的沿革 “真空”詞源本義是虛空，即一無所有的空間。古希臘德謨克利特的原子論認為，所有的物質都是由原子組成，而原子之外就是虛空。中國古代張載、王夫之的元氣學說則與此相反，認為世上萬物皆由元元氣形成，而“陰陽二氣充滿太虛，此外更無他物，亦無間隙”。
近代物理學的發展史中，也貫穿著關於真空的這兩種觀點的鬥爭：與虛空論相對立的是以太論，它認為空間中總是充滿瞭一種叫作“以太”的特殊物質。先是R.笛卡兒提出以太旋渦說，企圖解釋行星圍繞太陽的公轉，但為I.牛頓的萬有引力定律所否定。之後有人認為引力是超距作用，無須以太作為傳遞媒介。19世紀光和電磁場的波動性的發現，又復活瞭以太的觀念，光和電磁波被解釋為以太的機械振動。然而A.愛因斯坦的狹義相對論指出，光和電磁場本身就是一種物質，可在空間中傳播，又否定瞭以太存在。
如果真空是沒有任何物質的空間，真空本身的各種性質是由什麼決定的，愛因斯坦在用場的觀點研究引力現象之後，便意識到“真空即空的空間”這一觀念有問題。他曾提出真空不過是引力場的一種特殊狀態的想法。其後，現代物理學的發展，終於獲得瞭對真空的科學的認識，即真空是量子場系統的基態。在這個過程中，P.A.M.狄拉克關於真空是負能態電子之海的觀點，起瞭重要的決定性作用。
現代物理學的真空觀 現代物理學認為，量子場是物質的基本存在形式。量子場的激發或退激即代表粒子的產生或消失。量子場系統的能量最低狀態，亦即基態就是真空。這個基態形成自然界的某種背景。一切物理測量都是相對於這個背景進行的。對各種激發態而言，這個基態代表沒有任何物理粒子的狀態，也就是自然界中的真空。
按照量子場論，處於真空態中的各量子場仍處於不斷運動之中。量子場的各振蕩模式在基態中仍不停地振蕩（真空零點振蕩）。如果量子場能夠局限於有限的空間內，則當此有限空間的體積發生變化時，局限於其中的量子場的零點振蕩能量將發生有限的改變，從而導致可觀察的後果（卡西米爾效應）。真空中的各量子場仍有相互作用（包括自作用），因而真空中不斷地有各種虛粒子在產生、消失和相互轉化（真空漲落），甚至可能存在某種粒子束縛態或集體激發態的相幹凝聚（真空凝聚），所以真空本身就是極其復雜的，某種意義上像是介質。
量子場論中對真空的研究非常必要。這是因為微觀粒子不可避免地要與真空中的虛粒子雲或凝聚發生相互作用，所以嚴格考慮任何微觀現象時都必須計及真空的影響。此外，物理粒子無非是真空的激發態，物理粒子的性質便與真空的性質有極為密切的關系。另一方面，量子場論又使真空的研究成為可能，因為真空的性質現在是由量子場之間的相互作用（包括自作用）決定的。真空的性質不再是物理學上的公設，它已變為可研究的動力學問題。隨著對真空物質的認識，真空的復雜性、多樣性及其發展變化等問題都被提上瞭物理學研究的日程。
真空極化 這是粒子–真空相互作用的一個重要體現。如帶正電的粒子會吸引真空中的虛電子，排斥虛的正電子，改變虛粒子雲的電荷分佈。這種現象類似於宏觀介質的極化，叫作真空極化。微擾論中真空極化用光子（代表外電荷的電磁場）傳播子的輻射修正圖來表示。最簡單的真空極化圖是光子變成虛粒子對再變成光子。
真空極化會反過來影響粒子的性質，導致許多物理效應。粒子本身的電荷（裸電荷）被周圍極化的真空中反號感應電荷所屏蔽，使遠處檢驗粒子測到的電荷（物理電荷）不同於裸電荷。這叫作電荷的重正化。這些都會導致可觀測的後果，如氫原子能級的蘭姆移位和電子的反常磁矩。量子電動力學中，由於粒子的電荷很小，真空極化的效應是很微弱的。盡管如此，實驗還是以極高的精度驗證瞭這些效應，使真空極化和量子場論觀念獲得瞭科學的證實。
真空（對稱性）自發破缺 量子場不同類型的相互作用（包括自作用），會導致不同類型的真空態。從對稱性的角度看，早先總是習慣性地假設真空的對稱性和相互作用的對稱性一致，這就是所謂正常（普通）真空。量子電動力學的真空就屬於這種類型。但也有真空的對稱性小於相互作用的對稱性情形，即發生瞭真空（對稱性）的自發破缺。這種現象很類似於鐵磁介質中空間各向同性的自發破缺：分子的磁作用總是空間轉動不變的，但鐵磁介質基態中自發磁矩的定向排列破壞瞭各向同性。
是否有真空（對稱性）自發破缺，取決於量子場系統的具體的相互作用（包括自作用）。一般說來，如果系統的能量最低態是唯一的，則為正常真空；如果存在多個能量相等的最低態（即簡並的基態），且物理真空隻是其中的一個狀態，這時就會發生真空（對稱性）自發破缺。
對稱性破缺的真空中，總凝聚著許多零動量的虛標量粒子（基本場量子或束縛態），這是此種新型真空態與正常真空不同之處。物理上是一定的相互作用造成瞭真空零動量玻色凝聚，而後者的存在又破壞瞭相互作用原有的對稱性，造成對稱性的自發破缺。理論上，這個真空凝聚的密度是用某個場算子或復合算子的非零真空平均值來描寫。它是個很重要的物理量，叫作真空的序參量。
真空（對稱性）自發破缺可引起一系列新的物理現象。①按照戈德斯通定理，當有對稱性自發破缺時，系統中一定會出現某種零靜止質量的激發態，它可是個基本粒子也可是個復合粒子，叫作戈德斯通粒子。②當相互作用的規范對稱性自發破缺時，戈德斯通粒子不是物理粒子，它變成瞭規范介子的縱向自由度。這時原來沒有質量的規范介子獲得瞭靜止質量。這就是有名的黑格斯機制。它的好處是在使規范介子獲得質量的同時，仍然保持規范理論原有的可重正化性。
粒子物理中強作用的手征對稱性和弱作用的規范對稱性，都被認為是自發破缺的對稱性。對於手征對稱性，序參量是復合誇克場的真空平均值〈
(
x)
Ψ(
x)〉，戈德斯通粒子是π介子。對於弱作用規范對稱性，序參量是黑格斯標量的真空平均值，傳遞弱作用的
W
±和
Z
0規范介子獲得
10
2吉電子伏量級的質量，從而解釋瞭弱作用的短程性。但黑格斯粒子還未發現，黑格斯機制尚未得到實驗證實。此外，在許多探索性理論（如大統一、超對稱和超引力、強CP問題的某些理論方案）中，真空自發破缺都起著重要作用。
真空相變 與媒質類似，真空也存在相和相變。同樣的量子場系統在不同的條件（如溫度、粒子密度和外場強度等）下，也可能有不同類型的真空態，叫作不同的真空相。如正常真空叫作正常相，對稱性破缺的真空叫作破缺相。此外，在一定條件下真空的對稱性可能發生突變，更一般的情況是不同的真空相可彼此轉變，這就是真空相變。另外，不同的真空相在適當條件下可共存，使得某一區域內的真空具有與鄰近區域的真空極其不同的性質。這些量子場論理論上的可能性，為粒子物理探索新現象、發現新機制提供瞭新的概念和思路（被應用於量子色動力學的“色禁閉”問題、早期宇宙論、“反常核”理論及重離子碰撞理論的探索中）。
真空是量子場的一種特殊狀態，這已成為現代物理中經實驗證實的一個基本觀念。它向人們提出研究真空本身和真空–粒子相互作用的新課題。真空理論的發展，不僅為粒子物理學提供瞭新的概念、新的物理圖像和思路，而且揭露瞭現存理論中的某些深刻的矛盾。人類對真空的認識還隻處於初級的探索階段，還有許多問題待研究，許多現有理論上的考慮有待實驗的檢驗。對於真空的認識，已經推動量子場論和粒子物理學的發展，而且必將進一步從科學上豐富和證實關於物質、運動和時間空間的學說。