空穴理论，是狄拉克根据泡利不相容原理提出的。所谓空穴，就是我们所知道的正电子。他认为所谓真空状态并非真的空无一物，而是所有负能态都被电子占有，形成了负能态的电子海，同时所有正能态都未被电子占有。当海中的电子受激发跃迁到正能态上时，便出现了正负电子对的激发态。1932年，安德森从宇宙射线中发现了正电子的存在，证实了狄拉克的预言。狄拉克还与费米分别独立地提出自旋为半整数的粒子所服从的统计分布规律，即费米-狄拉克统计。这一统计已经成为研究基本粒子物理的基础。