Nukleoni su atomske čestice koje čine većinu mase materije. Atomi imaju jezgru koja se sastoji od ovih čestica — također poznatih kao protoni i neutroni &mash; i elektrona, koji kruže oko jezgre. Atom se može promatrati kao minijaturni Sunčev sustav, s “planetima” (elektronima) koji kruže oko središnje “zvijezde” (jezgre). Elektroni imaju samo 1/1836 masu protona i 1/1837 masu neutrona, dok neutroni i protoni imaju otprilike istu masu.
Samo se rijetko nukleoni nalaze neovisno – obično su čvrsto zatvoreni u jezgri atoma. Zajedno ih drži najjača sila u svemiru, koja se zove jaka sila. Jaka sila je oko 100 puta jača od elektromagnetske sile, ali djeluje samo na iznimno malim udaljenostima, kao što je u atomskoj jezgri. Kada se njegova snaga oslobodi, razbijanjem ili spajanjem atomskih jezgri, rezultati su nevjerojatni. To je obično poznato kao “nuklearna energija”, a može se vidjeti u energiji koju proizvodi Sunce ili razornoj moći atomske bombe.
Ponekad protoni i neutroni postoje neovisno. Radioaktivni raspad, koji se nalazi u tvarima poput urana, je proces kojim elementi polako emitiraju protone i neutrone u oblicima poznatim kao alfa zračenje. To, zajedno s drugim oblicima radioaktivnog zračenja, može biti štetno za ljude. Prostor je ispunjen takvim zračenjem, sastavljenim od energetskih čestica koje putuju u ravnim linijama brzinom bliskom brzini svjetlosti. Te čestice u malim količinama emitira svaka zvijezda.
U akceleratorima čestica, fizičari ubrzavaju atomske jezgre jednu u drugu velikom brzinom, kako bi ih raznijeli i oslobodili pljusak čestica koje je moguće analizirati. Na ovaj način pronađene su razne egzotične čestice. Na primjer, 1969. godine potvrđeno je da su nukleoni zapravo sastavljeni od manjih čestica, nazvanih kvarkovi, koje zajedno drže čestice koje posreduju silom, nazvane gluoni. Prije ovih eksperimenata visoke energije, kvarkovi su korišteni kao prikladan teorijski konstrukt, ali je tek nakon eksperimenata utvrđeno da su zapravo stvarne čestice.