Teoria perturbacji przeżyła gwałtowny rozwój wraz z pojawieniem się mechaniki kwantowej. Chociaż była używana pół-klasycznym modelu atomu Bohra, obliczenia były monstrualnie złożone, a wyniki miały niejednoznaczną interpretację. Dopiero odkrycie mechaniki macierzowej Heisenberga pozwoliło na znaczne uproszczenie zastosowań teorii perturbacji. Godnymi odnotowania są efekt Starka i efekt Zeemana, które mają teorię wystarczająco prostą, aby być dołączonymi do standardowych podręczników studenckich. Inne wczesne zastosowania włączają strukturę subtelną i nadsubtelną w atomie wodoru.
Obecnie teoria perturbacji służy głównie w chemii kwantowej i kwantowej teorii pola. W chemii była używana do otrzymania pierwszych rozwiązań dla atomu helu.
W połowie XX wieku Richard Feynman odkrył, że ekspansja perturbacyjna może mieć elegancką i graficzną reprezentację w postaci czegoś, co dzisiaj nazywa się diagramami Feynmana. Chociaż były one pierwotnie łączone tylko z kwantową teorią pola, diagramy takie znajdują coraz większe zastosowanie wszędzie tam, gdzie występuje ekspansja perturbacyjna.