QPSK的坐标图，其位元对映符号方式用格雷码对映。
QPSK，有时也称作四相位PSK、4-PSK、4-QAM，在坐标图上看是圆上四个对称的点。通过四个相位，QPSK可以编码2位元符号。图中采用格雷码来达到最小位元错误率（BER） — 是BPSK的两倍. 这意味著可以在BPSK系统带宽不变的情况下增大一倍数据传送速率或者在BPSK数据传送速率不变的情况下将所需带宽减半。
数学分析表明，QPSK既可以在保证相同信号带宽的前提下倍增BPSK系统的数据速率，也可以在保证数据速率的前提下减半BPSK系统的带宽需求。在后一种情况下，QPSK的BER与BPSK系统的BER完全相同。
由于无线电通讯的带宽都是由FCC一类部门所事先分配规定的，QPSK较之于BPSK的优势便开始显现出来：QPSK系统在给定的带宽内可以在BER相同的情况下可以提供BPSK系统两倍的带宽。采取QPSK系统在实际工程上的代价是其接收设备要远比BPSK系统的接收设备复杂。然而，随着现代电子技术的迅猛发展，这种代价已经变得微不足道。
较之BPSK系统，QPSK系统在接收端存在相位模糊的问题，所以实际应用中经常采取差分编码QPSK的方式。
QPSK遵循如下公式：
s
n
(
t
)
=
2
E
s
T
s
cos
(
2
π
f
c
t
+
(
2
n
−
1
)
π
4
)
,
n
=
1
,
2
,
3
,
4.
{\displaystyle s_{n}(t)={\sqrt {\frac {2E_{s}}{T_{s}}}}\cos \left(2\pi f_{c}t+(2n-1){\frac {\pi }{4}}\right),\quad n=1,2,3,4.}
公式包含π/4、3π/4、5π/4与7π/4四个相位。
在二维信号空间中得出的以单位基函数表示的结果为：
ϕ
1
(
t
)
=
2
T
s
cos
(
2
π
f
c
t
)
{\displaystyle \phi _{1}(t)={\sqrt {\frac {2}{T_{s}}}}\cos(2\pi f_{c}t)}
ϕ
2
(
t
)
=
2
T
s
sin
(
2
π
f
c
t
)
{\displaystyle \phi _{2}(t)={\sqrt {\frac {2}{T_{s}}}}\sin(2\pi f_{c}t)}
第一个基函数被用作信号的在相分量，第二个基函数被用作信号的正交分量。
根据上面的理论推导，QPSK的BER等同于BPSK，即：
P
b
=
Q
(
2
E
b
N
0
)
.
{\displaystyle P_{b}=Q\left({\sqrt {\frac {2E_{b}}{N_{0}}}}\right).}
然而，为了实现相同的BER，QPSK系统需要使用BPSK两倍的功率（假设两个比特同时传输）。错误率模型由如下公式给出：
P
s
{\displaystyle \,\!P_{s}}
=
1
−
(
1
−
P
b
)
2
{\displaystyle =1-\left(1-P_{b}\right)^{2}}
=
2
Q
(
E
s
N
0
)
−
Q
2
(
E
s
N
0
)
2
{\displaystyle =2Q\left({\sqrt {\frac {E_{s}}{N_{0}}}}\right)-Q^{2}\left({\sqrt {\frac {E_{s}}{N_{0}}}}\right)^{2}}
.
.
如果信噪比较高，则实际错误率模型可估计为：
P
s
≈
2
Q
(
E
s
N
0
)
{\displaystyle P_{s}\approx 2Q\left({\sqrt {\frac {E_{s}}{N_{0}}}}\right)}