Nukleonit ovat atomipartikkeleita, jotka muodostavat suurimman osan aineen massasta. Atomeilla on ydin, joka koostuu näistä hiukkasista – tunnetaan myös nimellä protonit ja neutronit & mash; ja elektronit, jotka kiertävät ydintä. Atomia voidaan pitää pienenä aurinkokuntana, jossa “planeetat” (elektronit) kiertävät keski “tähteä” (ydin). Elektronien massa on vain 1/1836 protonien massa ja 1/1837 neutronien massa, kun taas neutronien ja protonien massa on suunnilleen sama.
Vain harvoin nukleoneja löytyy itsenäisesti – ne ovat yleensä tiukasti kiinni atomien ytimessä. Niitä pitää yhdessä maailmankaikkeuden vahvin voima, nimeltään vahva voima. Vahva voima on noin 100 kertaa voimakkaampi kuin sähkömagneettinen voima, mutta se toimii vain erittäin pienillä etäisyyksillä, kuten atomin ytimessä. Tulokset ovat hämmästyttäviä, kun sen teho vapautetaan rikkomalla tai sulattamalla yhteen ydinytimiä. Tätä kutsutaan yleisesti “ydinvoimaksi”, ja se näkyy auringon tuottamassa energiassa tai atomipommin tuhoavassa voimassa.
Toisinaan protonit ja neutronit ovat olemassa itsenäisesti. Radioaktiivinen hajoaminen, jota esiintyy uraanin kaltaisissa aineissa, on prosessi, jossa alkuaineet emittoivat hitaasti protoneja ja neutroneja alfa -säteilyn muodossa. Tämä yhdessä muiden radioaktiivisen säteilyn muotojen kanssa voi olla haitallista ihmisille. Avaruus on täynnä tällaista säteilyä, joka koostuu energiahiukkasista, jotka kulkevat suorilla linjoilla lähellä valon nopeutta. Näitä hiukkasia päästää pieni määrä jokaisen tähden.
Fyysikot kiihdyttävät hiukkaskiihdyttimissä atomin ytimiä toisiinsa suurella nopeudella räjäyttääkseen ne toisistaan ja vapauttaen analysoitavien hiukkasten suihkun. Tällä tavalla on löydetty erilaisia eksoottisia hiukkasia. Esimerkiksi vuonna 1969 todettiin, että nukleonit koostuivat itse asiassa pienemmistä hiukkasista, nimeltään kvarkkeja, joita pitivät yhdessä voimaa välittävät hiukkaset, nimeltään gluonit. Ennen näitä suurienergisiä kokeita kvarkkeja oli käytetty kätevänä teoreettisena rakenteena, mutta vasta kokeiden jälkeen todettiin, että ne olivat itse asiassa todellisia hiukkasia.