Trong các tính toán của cơ học lượng tử và hóa lượng tử, chéo hóa ma trận là một trong những quy trình số thường được áp dụng nhất. Lý do cơ bản là do phương trình không phụ thuộc thời gian Schrödinger là một phương trình giá trị riêng, mặc dù nó là trên một không gian vô hạn chiều (một không gian Hilbert) trong hầu hết các tình huống vật lý.

Một phép xấp xỉ phổ biến là hiệu chỉnh không gian Hilbert về số chiều hữu hạn, sau đó phương trình Schrödinger có thể được trình bày dưới dạng một bài toán giá trị riêng của một ma trận thực đối xứng hoặc một ma trận phức Hermite. Về mặt hình thức, xấp xỉ này được thiết lập dựa trên nguyên lý biến phân, phù hợp với các Hamiltonian bị chặn dưới.

Lý thuyết nhiễu loạn bậc một cũng dẫn đến một bài toán giá trị riêng ma trận cho các trạng thái suy biến.