Η σωματιδιακή φυσική είναι η μελέτη των θεμελιωδών σωματιδίων και των δυνάμεων που τα καθοδηγούν. Επειδή πολλά από τα θεμελιώδη σωματίδια εμφανίζονται μόνο κατά τη διάρκεια σχετικιστικών συγκρούσεων σε επιταχυντές σωματιδίων, που στην καθομιλουμένη ονομάζονται «smashers ατόμων», η σωματιδιακή φυσική είναι επίσης γνωστή ως «φυσική υψηλής ενέργειας». Οι φυσικοί συνδυάζουν σωματίδια με ακραίες ταχύτητες από το 1929.
Η καλύτερη εικόνα της σωματιδιακής φυσικής που έχουμε σήμερα ονομάζεται Καθιερωμένο Μοντέλο, που αναπτύχθηκε με κόπο τη δεκαετία του 1970. Ήταν μια αντίδραση στον «ζωολογικό κήπο των σωματιδίων», έναν τεράστιο πολλαπλασιασμό ασυνήθιστων θεμελιωδών σωματιδίων που ανακαλύφθηκαν κατά τη διάρκεια πειραμάτων φυσικής υψηλής ενέργειας στις δεκαετίες του 1950 και του 1960. Ο τελικός αριθμός σωματιδίων κατέληξε να είναι περίπου 31, συμπεριλαμβανομένων 24 φερμιόνια (κουάρκ, ηλεκτρόνια, νετρίνα και τα αντισωματίδιά τους), 6 μποζόνια (ένα από τα οποία, το γκραβιτόν, δεν έχει ακόμη παρατηρηθεί) και ένα αόριστο σωματίδιο υπεύθυνο για την ιδιότητα της ίδιας της μάζας, που επίσης δεν έχει παρατηρηθεί ακόμη, το μποζόνιο Higgs. Βασικά, τα φερμιόνια αποτελούν την ύλη και τα μποζόνια μεσολαβούν στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ της ύλης. Το φως που προέρχεται από την οθόνη του υπολογιστή σας αποτελείται από φωτόνια που είναι μποζόνια. Αλληλεπιδρούν με τα φερμιόνια που αποτελούν τον βολβό του ματιού σας.
Το μεγαλύτερο μέρος της ύλης γύρω μας αποτελείται από λίγα μόνο θεμελιώδη σωματίδια: επάνω κουάρκ, κάτω κουάρκ και ηλεκτρόνια. Υπάρχουν επίσης 50 τρισεκατομμύρια νετρίνα χαμηλής μάζας που ρέουν μέσα από το σώμα μας κάθε δευτερόλεπτο, περνώντας από ολόκληρη τη Γη σχεδόν σαν να μην ήταν καν εκεί. Τα νετρίνα, των οποίων το όνομα σημαίνει «μικρό ουδέτερο σωματίδιο», είναι τόσο άπιαστα που δεν ήταν καν γνωστό ότι είχαν μάζα μέχρι το 1998. Ένας από τους νεότερους τομείς της αστρονομίας είναι γνωστός ως αστρονομία νετρίνων, όπου η ροή νετρίνων από τον Ήλιο και τις σουπερνόβα παρατηρούνται χρησιμοποιώντας τεράστιους ανιχνευτές.
Αν και λίγα μόνο σωματίδια στον ζωολογικό κήπο των σωματιδίων αποτελούν την ύλη που γνωρίζουμε, η σωματιδιακή φυσική μας δίνει μεγάλη εικόνα για τη δομή της πραγματικότητας, δείχνοντάς μας τις λιγότερο κοινές παραλλαγές και πώς ταιριάζουν σε μια ενοποιημένη οικογένεια. Η σωματιδιακή φυσική μπορεί να ειπωθεί ότι είναι υπεύθυνη για την ύπαρξη πυρηνικής ενέργειας, πυρηνικής ιατρικής και πυρηνικών βομβών. Η σωματιδιακή φυσική θεωρείται ένας από τους πιο σεβαστούς τομείς της επιστήμης επειδή καταλήγει να παράγει γνώσεις που είναι χρήσιμες σε άλλους τομείς, όπως τα μαθηματικά.