Nucleonii sunt particule atomice care alcătuiesc cea mai mare parte a masei materiei. Atomii au un nucleu format din aceste particule – cunoscute și sub denumirea de protoni și neutroni &mash; și electroni, care orbitează în jurul nucleului. Un atom poate fi privit ca un sistem solar în miniatură, cu „planete” (electroni) care orbitează o „stea” centrală (nucleul). Electronii au doar 1/1836 masa protonilor și 1/1837 masa neutronilor, în timp ce neutronii și protonii au aproximativ aceeași masă.
Numai rar se găsesc nucleonii independent – de obicei sunt strâns blocați în nucleul atomilor. Ele sunt ținute împreună de cea mai puternică forță din univers, numită forță puternică. Forța puternică este de aproximativ 100 de ori mai puternică decât forța electromagnetică, dar funcționează doar pe distanțe extrem de mici, cum ar fi într-un nucleu atomic. Când puterea sa este eliberată, prin ruperea sau fuzionarea nucleelor atomice, rezultatele sunt uimitoare. Aceasta este cunoscută în mod obișnuit ca „energie nucleară” și poate fi văzută în energia generată de Soare sau în puterea distructivă a unei bombe atomice.
Ocazional, protonii și neutronii există independent. Dezintegrarea radioactivă, găsită în substanțe precum uraniul, este un proces prin care elementele emit încet protoni și neutroni în forme cunoscute sub numele de radiații alfa. Acest lucru, împreună cu alte forme de radiații radioactive, poate fi dăunător pentru oameni. Spațiul este umplut cu astfel de radiații, formate din particule energetice care călătoresc în linii drepte la viteze apropiate de cea a luminii. Aceste particule sunt emise în cantități mici de fiecare stea.
În acceleratoarele de particule, fizicienii accelerează nucleele atomice unul în celălalt la viteze mari, pentru a le distruge și a elibera o ploaie de particule care pot fi analizate. S-au găsit în acest fel diverse particule exotice. De exemplu, în 1969, s-a verificat că nucleonii erau de fapt compuși din particule mai mici, numite quarci, ținute împreună de particule care mediază forța, numite gluoni. Înainte de aceste experimente de înaltă energie, quarcii fuseseră folosiți ca o construcție teoretică convenabilă, dar abia după experimente s-a stabilit că erau, de fapt, particule reale.