Die Welt der Atome und Moleküle haben Forscher in den vergangenen Jahrzehnten unter anderem mit Lichtmikroskopen und Röntgenstrahlen ergründet. So fanden sie etwa heraus, wie unser Erbgut aufgebaut ist, wie sich Viren zusammensetzen, woraus das Blattgrün Chlorophyll besteht, welche Struktur Eis und Eisen haben. Sie machten Fotos von Strukturen, die nur wenige Nanometer messen (ein Nanometer entspricht einem Millionstel Millimeter). Doch es sind Momentaufnahmen, starr, ohne Dynamik.

Biologische Prozesse basieren aber letztlich auf Bewegungen kleinster Teilchen. Um etwa zu verstehen, wie ein Protein seine Aufgabe im Körper verrichtet, muss man nicht nur seine Struktur kennen, sondern auch wissen, wie es chemische Reaktionen eingeht. Auch technologische Prozesse, etwa das Verhalten von elektrischem Strom in einem Material, haben mit den Bewegungen kleinster Teilchen zu tun.

Mit neuen Technologien versuchen Forscher, das Wechselspiel der Teilchen indirekt anhand von bestimmten Signalen nachzuvollziehen, etwa mit der Mikrowellenspektroskopie, oder sie direkt zu beobachten und abzulichten, etwa mit neuartigen Mikroskopen und mit Laserblitzen.