Według przewidywań klasycznej fizyki w doświadczeniu tego typu powinno się otrzymać na wyjściu z urządzenia pomiarowego rozmytą w miarę jednorodnie plamę, odpowiadającą continuum możliwych ustawień wektora spinu względem pola magnetycznego.
Operatory pomiaru spinu w kierunkach x, y, z Aby uzasadnić teoretycznie powyżej omówione wyniki eksperymentu Pauli wprowadził operatory spinu odpowiadające pomiarom spinu wzdłuż osi wybranego układu współrzędnych
gdzie są macierzami Pauliego, czyli:
Zgodnie z formalizmem matematycznym mechaniki kwantowej możliwe wyniki pomiaru oblicza się jako wartości własne operatora, odpowiadającego danemu pomiarowi, działającego na funkcję falową mierzonego układu.
W przypadku pomiaru spinu wynik pomiaru wzdłuż osi jest jedną z możliwych wartości własnych, obliczoną z działania operatora na spinową funkcję falową (jest to tzw. równanie na wartości własne operatora spinu)
gdzie – szukana wartość rzutu spinu na oś thumb|200x200px|Wektor spinu leży na jednym z dwóch stożków, takich że rzuty spinu na kierunek pola magnetycznego mają ściśle określone wartości.