研究基本粒子及其相互作用的学科。1897年J.J.汤姆森发现^*电子(electron)，在此之前原子一直被认为是不可分割的微小“台球”。电子的存在和^*质子(proton)的发现(卢瑟福，1911)说明了原子具有内部结构。1932年查德威克发现^*中子(neutron)，整个宇宙似乎是由这3种粒子组成的。由此产生一个突出的问题，即将原子核里的中子和质子结合在一起的那种力性质如何。当时已知的基本力只有引力和电磁力：引力太弱，不足以说明核的稳定性，而电磁力对中子不起作用。

1935年^*汤川秀澍(Yukawa)提出，自然界可能有一种短寿命的粒子(后来称为介子)，在质子和中子之间跳跃，并将两者结合在一起。这种交换力的概念以及后来短寿命粒子的发现导致了科学家对粒子物理学的深入研究(参见“加速器”[accelerator])。到了20世纪60年代，约200种“基本”粒子得到确认，可以看出力有4种基本形式;除了引力和电磁力，还存在*强相互作用(strong interaction)(比电磁力强100倍)和^*弱相互作用(weak interaction)(比电磁力弱10¹⁰倍)。一般说来，现在认为有两类基本粒子：一类是轻子(电子、μ子、τ子和^*中微子[neutrinos])，借助电磁力或弱相互作用，无明显的内部结构;另一类是强子(包括质子、中子、π子等)，借助强相互作用，具有内部结构。

目前的强子模型基于默里·盖耳曼于1964年介绍的夸克概念。在这一模型中，强子本身分为两大类：重子和介子，前者衰变为质子，后者衰变为轻子和^*光子(photon)，或衰变为质子对。重子由3个夸克构成，介子由一个夸克一反夸克对构成。因此现在宇宙中所有物质都被视为由轻子和夸克构成。

虽然至今尚未用实验手段确认任何夸克，但有证据表明它们确实存在。夸克带有分数电子电荷(+ 2/3或-1/3电子电荷)，分为六“味”，称为上(u，+2/3)、下(d，-1/3)、粲(c，+2/3)、奇异(s，-1/3)、顶(t，+ 2/3)和底(b，-1/3)。每一味都有等价的反夸克(u，d等等)。质子由uud(2/3+2/3-1/3=1)构成，中子由udd(2/3-1/3-1/3=0)构成。

在这一形式里，夸克理论有悖于^*泡利不相容原理(Pauliexclusion principle)，因此有必要导入色荷。结果每一味夸克可有红、绿、蓝三种颜色之一，反夸克有相对应的反颜色。色荷与视颜色无关，但可以进行类比。所有强子均被视为白色，重子必定由红、蓝和绿组成(因为这些视颜色合成白色);介子则由任何颜色及其相应反颜色的一个夸克组成。与量子电动力学相类比(参见“量子理论”[quantum theory])，粒子物理学的这一方面称为量子色动力学。强相互作用是由称为胶子的规范玻色子互换而产生的，正如光子互换产生电磁相互作用一样。胶子无质量，无电荷，但有色荷。共有8种，各带有一种颜色和一种反色。在强相互作用中，夸克可改变其颜色，但所有颜色变换都放射出一个胶子，胶子又被另一个夸克吸收并引起其颜色的变化。因此夸克的颜色不时改变。强相互作用被视为使强子始终保持白色的力。参见“加速器”(accelerators)，“反物质”(antimatter)，“粲数”(charm)，“规范理论”(gauge theories)，“量子数”(quantumnumber)，“奇异数”(strangeness)。