Kvantinis tuneliavimas yra kvantinės mechanikos reiškinys, kai dalelė prasiskverbia per energijos barjerą, kurio, remiantis klasikine fizika, įveikti negalėtų. Šis reiškinys yra būtinas suprantant saulės branduolinės sintezės procesus, kai lengvieji branduoliai sujungiami, įveikiant stiprų elektrostatinį atstūmimą. Gamtoje kvantinis tuneliavimas taip pat svarbus mutacijų, vykstančių DNR grandinėse dėl protonų tuneliavimo, mechanizme, kuris gali sukelti genetines parinkties pokyčius.