Jeśli nastąpi rozpad radioaktywny i licznik go zarejestruje, zostanie uruchomiony mechanizm, który uwolni truciznę – wtedy kot zginie. Jeśli rozpad nie będzie miał miejsca, zwierzę nadal będzie żywe.
Z opisu kwantowo-mechanicznego wynika jednak coś innego – przed otwarciem pojemnika kot jest jednocześnie i martwy, i żywy. Jako obiekt kwantowy znajduje się on równocześnie w każdym z możliwych stanów (tzw. superpozycji). Dopiero otwarcie pojemnika i sprawdzenie jego zawartości redukuje układ do jednego stanu – następuje załamanie funkcji falowej kota i w momencie poczynienia obserwacji przyjmuje on jeden konkretny stan. W tym przypadku są tylko dwa możliwe stany – kot jest martwy albo żywy.
Zgodnie z regułami tzw. interpretacji kopenhaskiej, do momentu przeprowadzenia pomiaru, to znaczy stwierdzenia, co dzieje się z kotem, jego stan jest fundamentalnie nieokreślony – kot jest jednocześnie żywy i martwy. Fizycy mówią o superponowanym stanie żywego i martwego kota. Dopiero pomiar rozstrzygnie jego losy. Występowanie superpozycji stanów jest zjawiskiem powszechnym w świecie obiektów mikroskopowych.