Die etablierten Theorien der Elementarteilchenphysik sind in der Lage, alle experimentell zugänglichen Prozesse der Mikrophysik präzise zu beschreiben. Dennoch bleibt ein fundamentales Problem: Elementarteilchenphysik und Gravitation erscheinen im Rahmen des konventionellen Paradigmas punktförmiger Elementarteilchen unvereinbar. Die Vereinigung von Gravitation und Mikrophysik ist aber, obgleich zur Beschreibung heutiger Experimente nicht erforderlich, Voraussetzung dafür, die Anfangsphase unseres Universums zu verstehen und stellt daher einen entscheidenden Schritt zum Verständnis der physikalischen Welt dar.

Der einzig bekannte vielversprechende Ansatz zur Vereinigung der Teilchenphysik mit Gravitation ist die Stringtheorie. Obwohl bis heute ohne jeden experimentellen Nachweis, gelingt es der Stringtheorie seit zwei Jahrzehnten, eine zentrale Position in den Grundlagendiskussionen der Teilchenphysik einzunehmen. Der Grundgedanke des Konzeptes besteht darin, die punktförmigen Elementarteilchen durch eindimensionale Fäden (englisch Strings) zu ersetzen, deren Länge viel zu gering ist, um sie mit bekannten experimentellen Mitteln strukturell auflösen zu können. Das technische Hauptmotiv für diesen Schritt lässt sich vereinfacht so darstellen: Die quantenphysikalische Beschreibung der Wechselwirkung punktförmiger Teilchen führt im Zusammenhang mit der Möglichkeit unendlicher Annäherung der Teilchen zum Auftreten unendlicher Rechenwerte. Bei Einbeziehung von Gravitation werden diese Unendlichkeiten unkontrollierbar und verhindern sinnvolle Vorhersagen. Die Eindimensionalität der elementaren Objekte schmiert den Kontaktpunkt zwischen Teilchen gewissermaßen aus und löst so das Problem.

Stringtheorie bedingt eine vollständig neue Struktur der mikroskopischen Welt. Es zeigt sich, dass ein stringtheoretisches Modell, das Materie beschreiben kann, (eine sogenannte Superstringtheorie) nur in 10 Dimensionen konsistent formulierbar ist. Der Tatsache, dass wir nur vier davon (drei Raum-, eine Zeitdimension) wahrnehmen, wird dadurch Rechnung getragen, dass man sechs Dimensionen nach Art einer Zylinderoberfläche so klein zusammengerollt annimmt, dass deren Ausdehnung selbst Präzisionsexperimenten verborgen bleibt. Eigenschaften, die früher den punktförmigen Teilchen irreduzibel in Form von sogenannten Quantenzahlen zugeordnet wurden, wie zum Beispiel elektrische Ladung oder Spin, werden nun zur Gänze durch das Schwingungsverhalten und die topologisch nichttriviale Lage der Strings in den eingerollten Dimensionen erklärt. Es ergibt sich die vollständig neue Situation, dass alle Parameter einer stringtheoretischen Beschreibung theoretisch eindeutig determiniert sind.

Mitte der 1990er Jahre fand ein Umbruch im Verständnis der Stringtheorie statt. Im Zentrum dieser Entwicklung steht das Phänomen der Stringdualitäten. Duale Theorien sind Theorien, die strukturell unterschiedlich aussehen, deren physikalische Konsequenzen jedoch absolut identisch sind. Es zeigt sich, dass das Auftreten von Dualitäten ein zentrales Charakteristikum der Stringtheorie darstellt. Man nimmt heute an, dass alle möglichen Versionen der Superstringtheorie zueinander dual, also lediglich unterschiedliche Formulierungen ein und der selben physikalischen Theorie sind. Stringtheorie führt in diesem Lichte zu einer theoretisch eindeutigen Beschreibung der Welt, in der kein Platz für Anpassung an experimentelle Daten bleibt.