Mặc dù các dự đoán của cả cơ học lượng tử và thuyết tương đối tổng quát đã được kiểm nghiệm nhiều lần bằng các chứng cứ thực nghiệm phức tạp và chặt chẽ, dạng thức luận của chúng lại mâu thuẫn với nhau và chúng đã được chứng minh là cực kỳ khó hợp nhất được với nhau thành một lý thuyết nhất quán và thống nhất. Hấp dẫn là rất nhỏ trong nhiều phạm vi của vật lý hạt, do đó sự thống nhất giữa thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử không phải là một vấn đề cấp bách trong các ứng dụng thực tế. Tuy nhiên, hiện chưa có một lý thuyết đúng đắn về hấp dẫn lượng tử là một vấn đề quan trọng trong vũ trụ học vật lý và sự tìm kiếm của các nhà vật lý đi đến một "lý thuyết vạn vật" (TOE) tao nhã. Do đó, mục tiêu giải quyết được những mâu thuẫn giữa hai lý thuyết là một trong những mục tiêu lớn của vật lý thế kỷ 20 và thế kỷ 21. Thuyết TOE sẽ kết hợp không chỉ các mô hình của vật lý hạt hạ nguyên tử nhưng cũng cho phép suy ra bốn lực trong tự nhiên từ một lực thống nhất hoặc một hiện tượng.Một đề xuất nổi bật đó là lý thuyết dây, lý thuyết cho rằng các hạt điểm của vật lý hạt được thay thế bằng các đối tượng một chiều được gọi là dây. Lý thuyết dây miêu tả cách mà những dây này lan truyền trong không gian và tương tác với nhau. Trên những phạm vi khoảng cách lớn hơn phạm vi của dây, một dây sẽ trông giống như một hạt cơ bản bình thường, với khối lượng, điện tích, và các tính chất khác được xác định bởi các trạng thái rung động của dây. Trong lý thuyết dây, một trong nhiều các trạng thái rung động của dây tương ứng với hạt graviton, một hạt lượng tử truyền lực hấp dẫn.Một lý thuyết phổ biến khác đó là hấp dẫn lượng tử vòng (LQG), lý thuyết miêu tả các tính chất lượng tử của hấp dẫn cũng như miêu tả không thời gian lượng tử. LQG cố gắng hợp nhất và chấp nhận cơ học lượng tử chuẩn và thuyết tương đối rộng chuẩn. Lý thuyết này miêu tả không gian như một tấm vải cực kỳ mịn được dệt bằng những vòng khép kín hữu hạn gọi là mạng lưới spin. Sự tiến triển của một mạng lưới spin theo thời gian được gọi là bọt spin. Độ dài đặc trưng của bọt spin bằng độ dài Planck, xấp xỉ 1,616×10−35 m, do vậy các độ dài và kích thước nhỏ hơn độ dài Planck không có ý nghĩa trong LQG.
Mặc dù các dự đoán của cả cơ học lượng tử và thuyết tương đối tổng quát đã được kiểm nghiệm nhiều lần bằng các chứng cứ thực nghiệm phức tạp và chặt chẽ, dạng thức luận của chúng lại mâu thuẫn với nhau và chúng đã được chứng minh là cực kỳ khó hợp nhất được với nhau thành một lý thuyết nhất quán và thống nhất. Lý thuyết dây miêu tả cách mà những dây này lan truyền trong không gian và tương tác với nhau.