拉克提出了方程的确令人吃惊，而狄拉克的第二个成就同样令人振奋。1930年，狄拉克提交了一篇论述那个如今以他的名字命名的方程的论文，在这篇论文中他提出了反物质概念。
狄拉克在他先前的研究中已提出，有可能存在负能电子，这样就出现了一个问题，这个问题狄拉克是以一种具有迷惑性的方式提出的。难题在于：物质试图达到其最低限度的势能级正是经典物理学公认的观点，而在量子状态中也有类似的情况：如果负能态容易接近电子，那么经过计算表明它将“降到”（这是隐喻意义上的用词）瞬时状态。利用无限低能态的确会保证所有的电子跌入无限低的能级中，这个预言与我们对真实世界的观察明显不一致。狄拉克对此提出，我们所观察的作为一种在其中没有发现任何粒子的真空处于这样一种状态：在那儿所有的负能电子态都被占有了。沃尔夫冈·泡利的不相容原理规定，仅有一个电子可以占有一已定态，即是说，两个电子就不会有完全相同的质。因此，存在于真空中的正能电子不能过渡到任何负能态，因为每一个电子已经容纳了其所能容纳的限额。狄拉克进一步推问，如果被占有的负能态是观察不到的，那么未占有态的表现形式又会是什么？
在叙述狄拉克的结论之前，让我们考虑一种类似的情况：有一排座位，除了最右边的一个座位外，每一个都被人占了。占到靠近最右边那个现在还空着的座位的人，向右移到了那个空着的座位上，这样空着的座位就是右边数过来的第二个。这个新空出来的座位右边的入又向右移了一个座位，这一排的人全都这样做，最后空着的座位就成了最左边的那一个。我们按照位置占有者的运动和人们向右边的净流描述了这一过程。解释这种已经出现的事件，自然存在一种可供选择的方式，即把这个过程看成是把左边的座位空出来的净运动。现在我们回到狄拉克的负能态，除一个负能态之外，所有的都被占有了。一个把其中所有的负能态都被占有的状态看成是一种真空的观察者将会把负能海中的这种“空位”看成是一种正能物（因为与负能有关的空位其零能是正的）。就象在上述的类比例子中那样，人们向右边的运动可以解释为空座位向左边的运动，同样负能电子向同一方向的净流可以看成是空位向相反方向的运动。进一步讲，由于真空中的这样一种空位据观察是一种正能粒子，狄拉克曾预言了反电子或阳电子的存在，这在两年之后的1932年在实验中被观察到。
想象这样一种场面，在那儿电子跃入空位之中，因而放弃其正能而成为负能海中的一个部分，对于一个观察者来说，这个过程会被看成是一种正反电子的碰撞及随后的相互湮没，它们是随着以辐射形式进行的能量的组合释放过程而发生的，同样，电子从负能海到留下空位的辐射感生跳变将被看成是因光子辐射总量而引起的正反电子对的产生。这样就引起了作为物理学分支的“量子场理论”的产生，它描述的是粒子的产生和湮没。理论物理学的这一发展具有极大的意义，紧随共后的那些试图描述基本过程、试图把粒子和自然力并入一个完全统一的体系的理论甚至也是建立在量子场概念基础之上的。
狄拉克提出那个如今已举世著名的方程，这个方程不但描述了正反电子对而且描述了许多其它基本的粒子一反粒子对，然而狄拉克对量子理论发展的贡献还远不止这些。尤其是他强烈的数学美感使他不仅以严密综合的形式提出了早期的量子力学思想，而且提出了一些方法，这些方法已运用于现代物理学的多种分支学科中。
1931年他对磁单极所进行的首次理论说明是他的又一创新。粒子（不管是基本粒子还是一片金属）可以带有全电荷，但却不带磁性电荷。取出一个有南北极的磁体（由于历史的原因，“极”这个词比“电荷”更确切地运用于磁学中），并且把它一分为二。其结果并不是成了两个物体，其中的一个正好有北极磁性电荷，另一个有南极磁性电荷，而是成了两个更小的磁体，其中的每一个都具有其完整的两极。因此，磁体可表现为偶极子，但仅用单极即磁单极来解释某一物体似乎是不可能的。然而狄拉克证明，一个纯粹单极的磁性电荷粒子原则上是可以成立的。从那时候起，尽管时至今日还没有关于它们存在的绝对的实验证据，然而却已有过几次对磁单极的数学描述的改进。
狄拉克对理论物理学的贡献并不只局限于量子理论领域。经过他的艰辛努力，理论宇宙学的数学结构和爱因斯坦的广义相对论得到了极大的丰富。例如爱因斯坦理论中的“哈密顿表述”最初应归功于狄拉克，在这个表述中一些经典方法被用来弥补广义相对论的不足。