Lý thuyết trường lượng tử nói rằng tất cả các trường cơ bản, như trường điện từ, phải được lượng tử hóa tại mỗi điểm trong không gian [cần dẫn nguồn]. Một trường trong vật lý có thể được hình dung như thể không gian chứa đầy các quả bóng và lò xo rung liên kết với nhau, và sức mạnh của trường giống như sự dịch chuyển của một quả bóng từ vị trí nghỉ của nó. Lý thuyết đòi hỏi "sự rung động" trong, hoặc thay đổi chính xác hơn về cường độ của một trường như vậy để truyền theo phương trình sóng thích hợp cho trường cụ thể được đề cập. Lượng tử hóa thứ hai của lý thuyết trường lượng tử đòi hỏi mỗi tổ hợp lò xo bóng như vậy phải được lượng tử hóa, nghĩa là sức mạnh của trường được lượng tử hóa tại mỗi điểm trong không gian. Về mặt kỹ thuật, nếu trường tại mỗi điểm trong không gian là một dao động điều hòa đơn giản, thì lượng tử hóa của nó đặt một dao động điều hòa lượng tử ở mỗi điểm. Kích thích của trường tương ứng với các hạt cơ bản của vật lý hạt. Do đó, theo lý thuyết, ngay cả chân không cũng có cấu trúc cực kỳ phức tạp và tất cả các tính toán của lý thuyết trường lượng tử phải được thực hiện liên quan đến mô hình chân không này.

Lý thuyết coi chân không hoàn toàn có các tính chất giống như một hạt, chẳng hạn như spin hoặc phân cực trong trường hợp ánh sáng, năng lượng, v.v. Theo lý thuyết, hầu hết các tính chất này hủy bỏ trung bình để lại khoảng trống theo nghĩa đen của từ này. Tuy nhiên, một ngoại lệ quan trọng là năng lượng chân không hoặc giá trị kỳ vọng chân không của năng lượng. Việc lượng tử hóa một bộ dao động điều hòa đơn giản đòi hỏi năng lượng thấp nhất có thể, hoặc năng lượng điểm không của một bộ dao động như vậy là:

E = 1 2 h ν . {\displaystyle {E}={\frac {1}{2}}h\nu .}

Tổng của tất cả các dao động có thể tại tất cả các điểm trong không gian cho một số lượng vô hạn. Để loại bỏ sự vô hạn này, người ta có thể lập luận rằng chỉ có sự khác biệt về năng lượng là có thể đo lường được, giống như khái niệm năng lượng tiềm năng đã được xử lý trong cơ học cổ điển trong nhiều thế kỷ. Lập luận này là nền tảng của lý thuyết tái chuẩn hóa. Trong tất cả các tính toán thực tế, đây là cách chúng ta xử lý vô cực.

Năng lượng chân không cũng có thể được xét đến dưới dạng các hạt ảo (còn được gọi là dao động chân không) được tạo ra và phá hủy khỏi chân không. Những hạt này luôn được tạo ra từ chân không trong các cặp phản hạt của hạt, trong hầu hết các trường hợp, chúng sẽ tiêu diệt lẫn nhau và biến mất trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, các hạt và phản hạt này có thể tương tác với các hạt khác trước khi biến mất, một quá trình có thể được ánh xạ bằng sơ đồ Feynman. Lưu ý rằng phương pháp tính toán năng lượng chân không này tương đương về mặt toán học với việc có một bộ dao động điều hòa lượng tử tại mỗi điểm và do đó, chịu các vấn đề tái chuẩn hóa tương tự.

Đóng góp bổ sung cho năng lượng chân không đến từ sự phá vỡ đối xứng tự phát trong lý thuyết trường lượng tử.