بر اساس اين آزمايش فرضي، گربه‌اي درون يك جعبه حاوي مواد منفجره يا به فرض خود شرودينگر، حاوي یک شیشه گاز سیانور، یک چکش، یک حسگر راديواكتيو و یک منبع راديواكتيو (ابزاري كه منجر به مرگ گربه شود) قرار داده مي‌شود كه احتمال انفجار يا منفجر نشدن، يا نشت گاز و عدم نشت گاز پس از بسته شدن در جعبه 50-50 است:
فرض کنید گربه‌ای در چنين جعبه‌ای محبوس است: در این جعبه یک شیشه گاز سیانور، یک چکش، یک حسگر راديواكتيو و یک منبع راديواكتيو نیز وجود دارد. ذرات راديواكتيو بصورت نامنظم تابش می‌کنند يعني احتمال فروپاشي ذرات و آزاد‌شدن انرژي از آنها 50 درصد درنظر گرفته مي‌شود. از اين رو اگر براساس احتمال 50 درصدي تابش راديواكتيو، پس از يك ساعت فردي بخواهد در جعبه را باز كند، گربه 50 درصد مرده و 50 درصد زنده‌است، اما پس از باز كردن در جعبه گربه قطعا يا مرده‌است و يا زنده. يعني در كمتر از يك لحظه احتمال مرده يا زنده بودن گربه به يقين تبديل مي‌شود.
آنچه اين سناريوي گيج‌كننده فرضي را پيچيده‌تر مي‌كند اين است كه تا زماني كه در اين جعبه فرضي بسته باشد، از نظر فيزيك كوانتوم گربه در حالتي به نام برهم‌نهي قرار دارد، يعني هم مرده‌است و هم زنده زيرا گربه بايد در يكي از اين دو حالت باشد و نمي‌تواند در هيچ‌يك از اين دو حالت نباشد.
اگرچه شرودينگر اين فرضيه را با هدف ژرف‌انديشي درباره طبيعت حقيقت در جهان هستي و نمايش عجيب بودن مكانيك كوانتوم و همچنين تشريح نكته‌اي در مكانيك كوانتوم درباره طبيعت ذرات موجي مطرح كرده‌بود، فيزيكدانان در چند دهه بعد دريافتند كه اتم‌ها مي‌توانند نسخه واقعي گربه شرودينگر را به نمايش بگذارند.
شرودینگر آزمایش ذهنی خود را در قالب مقاله‌اي به نام EPR، (حروف اول نام اينشتين، پودولسکی و روزندر) در سال ۱۹۳۵ منتشر کرد. این مقاله بر طبیعت عجیب برهم‌نهي كوانتومي تاكيد داشت، وضعيتي كه در آن يك سيستم كوانتومي مانند يك اتم، يا فوتون مي‌تواند در تركيبي از حالت‌هاي چندگانه وجود داشته‌باشد كه به نتايج احتمالي متفاوتي منجر مي‌شود.