Sedan början av 20-talet har fysiker erkänt fyra grundläggande krafter, eller interaktioner, som omfattar alla kända fenomen i naturen. Tre av fyra har karaktäriserats rigoröst och matematiskt av standardmodellen, som formulerades i början av 1970-talet. De fyra krafterna är den starka kärnkraften (även känd som färgkraften), den svaga kärnkraften (förmedlar beta-sönderfall), den elektromagnetiska kraften och gravitationen.
Vid mycket höga energier förenas den svaga kärnkraften och den elektromagnetiska kraften (börjar bete sig omväxlande), medan man vid ännu högre krafter tror att den starka kraften förenar sig med den elektrosvaga, och slutligen förenas den starkt-elektro-svaga kraften med gravitationen. Man tror att alla fyra förenades ett ögonblick efter Big Bang, i de tidigaste stadierna av universums bildande.
Den starka kärnkraften håller ihop protoner och neutroner i atomkärnan. Mer specifikt förmedlas det av utbytet av gluoner mellan kvarkar som utgör protoner och neutroner. Den är 100 gånger starkare än den elektromagnetiska kraften. När kärnor krossas i kärnreaktioner frigörs energi från denna kraft. Beskrivs av teorin om fysiken som kallas kvantkromodynamik, förlorar den all sin styrka på avstånd som är mycket bredare än atomkärnan.
Den elektromagnetiska kraften är den som människor är mest bekanta med, och den är ansvarig för alla kemiska reaktioner och de mest igenkännliga fysikaliska egenskaperna, såsom ljus. Den förmedlas av fotoner, som utgör all elektromagnetisk strålning, från kosmisk strålning till synligt ljus till extremt lågfrekventa radiovågor. Både värme och ljus består av fotoner.
Elektromagnetiska kraftinteraktioner bestäms av elektrisk laddning. Anledningen till att människor inte faller genom en stol när de sitter på den är att den negativa laddningen av de atomära elektronskalen som utgör kroppen stöts bort av den negativa laddningen från elektronskalen som utgör stolen. Fotonvågor minskar i styrka enligt kvadraten på avståndet till deras källa.
Den svaga kärnkraften är ansvarig för ett relativt litet antal fundamentala interaktioner. Det förmedlar beta-sönderfall, vilket är vad som händer när en neutron bryts ner till en proton och en elektron eller positron. Förmedlad av W- och Z-bosoner är den ungefär hundra miljarder gånger svagare än den elektromagnetiska. Den fungerar bara över korta avstånd.
Tyngdkraften är den svagaste av alla krafter, men den mest genomgripande i universum eftersom den genereras av alla kroppar med massa. Tyngdkraften är 1036 gånger svagare än den elektromagnetiska kraften, vilket gör det svårt att analysera matematiskt. De partiklar som tros förmedla gravitation – gravitoner – har ännu inte upptäckts. Tyngdkraften är också skild från de andra krafterna genom att den ännu inte har integrerats med de andra på ett rigoröst matematiskt sätt. Fysiker har letat efter en teori för att förena gravitationen med de andra krafterna i nästan ett sekel, utan lycka hittills.