Η ισχυρή πυρηνική δύναμη, γνωστή και ως ισχυρή αλληλεπίδραση, είναι η ισχυρότερη δύναμη στο σύμπαν, 1038 φορές ισχυρότερη από τη βαρύτητα και 100 φορές ισχυρότερη από την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Το μόνο αλίευμα είναι ότι λειτουργεί μόνο σε κλίμακες μήκους του ατομικού πυρήνα, πέφτοντας γρήγορα για μεγαλύτερες αποστάσεις.
Η ισχυρή πυρηνική δύναμη είναι αυτό που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια των πυρηνικών αντιδράσεων, του είδους που λαμβάνουν χώρα στον Ήλιο, στα πυρηνικά εργοστάσια και στις πυρηνικές βόμβες. Η ισχυρή δύναμη περιγράφεται από τους νόμους της κβαντικής χρωμοδυναμικής, μέρος του Καθιερωμένου Μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής, το οποίο αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1970. Το Νόμπελ Φυσικής του 2004 απονεμήθηκε στους David Politzer, Frank Wilczek και David Gross.
Η ισχυρή δύναμη στην πραγματικότητα δεν εμφανίζεται απευθείας μεταξύ πρωτονίων και νετρονίων στον πυρήνα, αλλά στα μικρότερα κουάρκ που τα αποτελούν. Η δύναμη διαμεσολαβείται από θεμελιώδη σωματίδια που ονομάζονται γκλουόνια, που ονομάζονται από τον τρόπο με τον οποίο κολλούν τα κουάρκ μεταξύ τους. Κάθε πρωτόνιο ή νετρόνιο αποτελείται από τρία κουάρκ. Η δύναμη μεταξύ νουκλεονίων που συγκρατεί τον πυρήνα είναι γνωστή ως η πυρηνική δύναμη ή η υπολειπόμενη ισχυρή δύναμη, επειδή είναι μόνο ένα αποτέλεσμα δεύτερης τάξης της αληθινής ισχυρής δύναμης, που συγκρατεί μαζί τα κουάρκ που αποτελούν τους.
Η ισχυρή δύναμη έχει μια ιδιότητα που ονομάζεται ασυμπτωτική ελευθερία, που σημαίνει ότι καθώς τα κουάρκ πλησιάζουν μεταξύ τους, η δύναμη μειώνεται σε ισχύ, προσεγγίζοντας ασυμπτωτικά το μηδέν. Αντίθετα, καθώς τα κουάρκ απομακρύνονται περισσότερο, η δύναμη γίνεται ισχυρότερη. Η αποτυχία εύρεσης ελεύθερων κουάρκ έχει εκληφθεί ότι σημαίνει ότι κανένα φαινόμενο στο σύμπαν, εκτός ίσως από μαύρες τρύπες, δεν είναι ικανό να διαχωρίσει τα κουάρκ το ένα από το άλλο.
Οι θεωρίες της ισχυρής δύναμης προέκυψαν από παρατηρήσεις τη δεκαετία του 1950, όπου μια ποικιλία διαφορετικών θεμελιωδών σωματιδίων που ονομάζονται «ζωολογικός κήπος σωματιδίων» παρατηρήθηκαν σε θαλάμους με φυσαλίδες. Αυτό το φάσμα των σωματιδίων απαιτούσε εξηγήσεις για τις ιδιότητές τους με βάση μια κομψή θεωρία των υποκείμενων συστατικών τους. Παραδόθηκε η θεωρία της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής (QED), παρέχοντας την πιο ακριβή ποσοτική επιστημονική θεωρία που είναι γνωστή. Ωστόσο, είναι γνωστό ότι το QED δεν είναι πλήρες, καθώς δεν είναι συμβατό με την τρέχουσα καλύτερη θεωρία της βαρύτητας, τη γενική σχετικότητα. Οι φυσικοί συνεχίζουν να αναζητούν μια μαθηματική ενοποίηση του QED και της γενικής σχετικότητας.
Υποτίθεται ότι μπορεί να υπάρχουν αστέρια κουάρκ, εξαιρετικά υψηλής πυκνότητας παραλλαγές άστρων νετρονίων με τέτοια βαρυτική πίεση που τα μεμονωμένα νετρόνια δεν μπορούν να διακριθούν, και όλα τα κουάρκ συγχωνεύονται σε κάτι που μοιάζει με ένα γιγάντιο νετρόνιο, που συγκρατείται αποκλειστικά από την ισχυρή δύναμη και βαρύτητα. Ωστόσο, η ύπαρξη αστεριών κουάρκ δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί οριστικά.