Nukleoner är atomära partiklar som utgör majoriteten av massan i materia. Atomer har en kärna som består av dessa partiklar — även känd som protoner och neutroner &mash; och elektroner, som kretsar kring kärnan. En atom kan ses som ett miniatyrsolsystem, med ”planeter” (elektroner) som kretsar kring en central ”stjärna” (kärnan). Elektroner har bara 1/1836 massan av protoner och 1/1837 massan av neutroner, medan neutroner och protoner har ungefär samma massa.
Endast sällan hittas nukleoner oberoende – de är vanligtvis tätt låsta i atomkärnan. De hålls samman av den starkaste kraften i universum, som kallas den starka kraften. Den starka kraften är cirka 100 gånger starkare än den elektromagnetiska kraften, men den verkar bara på extremt små avstånd, som i en atomkärna. När dess kraft frigörs, genom att bryta eller smälta samman atomkärnor, är resultaten fantastiska. Detta är allmänt känt som ”kärnenergi” och kan ses i energin som genereras av solen eller den destruktiva kraften hos en atombomb.
Ibland existerar protoner och neutroner oberoende av varandra. Radioaktivt sönderfall, som finns i ämnen som uran, är en process genom vilken grundämnen långsamt sänder ut protoner och neutroner i former som kallas alfastrålning. Detta i kombination med andra former av radioaktiv strålning kan vara skadligt för människor. Rymden är fylld med sådan strålning, som består av energirika partiklar som färdas i raka linjer med hastigheter nära ljusets. Dessa partiklar släpps ut i små mängder av varje stjärna.
I partikelacceleratorer accelererar fysiker atomkärnor in i varandra med stora hastigheter, för att spränga isär dem och frigöra en skur av partiklar som kan analyseras. Olika exotiska partiklar har hittats på detta sätt. Till exempel, 1969, verifierades det att nukleoner i själva verket bestod av mindre partiklar, kallade kvarkar, som hölls samman av kraftförmedlande partiklar, benämnda gluoner. Innan dessa högenergiexperiment hade kvarkar använts som en praktisk teoretisk konstruktion, men det var först efter experimenten som man fastställde att de i själva verket var riktiga partiklar.