Mechanika klasyczna przewiduje więc, że obraz wiązki na ekranie powinien być jedną plamą rozciągniętą wzdłuż kierunku pola magnetycznego.
Według mechaniki kwantowej przewidywany wynik eksperymentu jest inny: rejestracja położenia atomu na ekranie po przejściu przez magnes jest aktem pomiaru składowej momentu pędu atomu w kierunku pola magnetycznego Ponieważ rzeczywiste pole magnetyczne ma zerową dywergencję, to w praktyce stosuje się pola ze składowymi w wielu kierunkach, co powoduje zmierzenie spinu także w tych kierunkach: w magnesie, a pomiar taki może dać tylko pewną dyskretną wartość. W ogólności dla spinu s mamy 2s+1 możliwych wyników pomiaru. W wypadku cząstki o spinie s = 1/2 możliwe są więc dwa wyniki takiego pomiaru: zgodny z kierunkiem wektora i przeciwny do niego.
Według mechaniki kwantowej w eksperymencie z atomami srebra powinniśmy więc rejestrować atomy docierające tylko do dwóch punktów ekranu, w przypadku użycia wiązki atomów idealnie jednorodnej i o bardzo małych rozmiarach poprzecznych. W praktyce, ze względu na skończone rozmiary poprzeczne wiązki i nieunikniony rozrzut prędkości atomów otrzymuje się dwie odseparowane plamy.