地球上的所有物質皆由原子與分子所構成，而分子由原子組成，原子則進一步由電子、質子與中子構成。然而，隨著科學研究的進展，人類逐漸發現自然界的基本組成並不僅止於此。透過宇宙射線的觀測以及大型粒子對撞機等實驗，科學家揭示了更多種類的基本粒子，例如構成質子與中子的夸克（quark）、由夸克組成的介子（meson）、與電子具有相同電荷但質量較大的渺子（muon），以及質量極小、幾乎不與物質作用的微中子（neutrino）等。
為了系統性地理解這些粒子及其交互作用，物理學家建立了粒子物理的「標準模型」（Standard Model），用以描述目前已知的基本粒子及其所遵循的自然定律。2012 年，大強子對撞機（Large Hadron Collider, LHC）成功觀測到希格斯粒子（Higgs particle），完成了標準模型中關鍵理論的實驗驗證。