Kvarkki on pieni teoreettinen hiukkanen, joka muodostaa protoneja ja neutroneja atomin ytimessä. Gluonien ohella kvarkit muodostavat myös eksoottisempia hadroneja, kuten mesoneja, jotka eivät ole vakaita. Sitä kutsutaan teoreettiseksi, koska vaikka oletetaan, että sen olemassaolo tekee paremman fysiikan teorian, sitä ei ole koskaan havaittu suoraan.
Leptonien – elektronien, myonien, taun ja niihin liittyvien neutriinojen ja antihiukkasten – ohella kvarkit muodostavat kaiken näkyvän aineen universumissa. Ne ovat ainoat perushiukkaset, jotka ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa kaikkien neljän perusvoiman kautta: vahva ydinvoima, heikko ydinvoima, sähkömagneettinen voima ja painovoima. Näiden hiukkasten perusominaisuus on rajoittuminen – kaikki kvarkit muodostavat hadroneja eivätkä välttämättä koskaan ole itsenäisiä. Niiden fysikaalisten ominaisuuksien kuvaukset syntyivät kvanttikromodynamiikasta (QCD), teoriasta vahvasta ydinvoimasta, joka pitää atomiytimen koossa.
Kuten kaikki muutkin subatomiset hiukkaset, kvarkit voidaan kuvata tyhjentävästi kolmella kvanttiluvulla: spin J, pariteetti P ja massa m. Koska niitä ei koskaan eristetty, nämä ominaisuudet on pääteltävä tarkkailemalla niiden muodostamia suurempia hiukkasia. Tunnettuja tyyppejä on kuusi: ylös, alas, charmia, outoa, yläosaa ja alaosaa. Nämä nimet ovat täysin mielivaltaisia, eivätkä ne kerro mitään kunkin kvarkin ominaisuuksista.
Normaali aine, joka muodostaa suurimman osan universumista, koostuu ylös- ja alas-kvarkeista, jotka ovat kevyimpiä hiukkasista. Protoni koostuu kahdesta ylös- ja yhdestä alas-kvarkista, kun taas neutroni koostuu kahdesta alas- ja yhdestä ylös-kvarkista.
Kvarkeilla on vaihtelevia massoja, jotka mitataan GeV:nä (gigaelektronivolteina) valon nopeuden neliöllä. Subatomiset hiukkaset mitataan niiden tuottaman energian perusteella eikä grammoina. Down kvarkki on noin kaksi kertaa niin massiivinen kuin up. Outo on noin 20 kertaa niin massiivinen kuin untuvakvarkki. Viehätyskvarkki on noin 10 kertaa niin massiivinen kuin se, jota seuraa pohja, joka on noin kolme kertaa niin massiivinen kuin edellinen, ja lopuksi yläkvarkki, joka on massiivisin kaikista. Kasvava massa vastaa hiukkasen niukkuutta ja vaatii eksoottisempia fyysisiä olosuhteita sen ilmenemiseen.
Fyysikot etsivät teoreettista kvarkkiainetta, hypoteettista hilaa, joka koostuu jatkuvista gluonien yhdistämistä kvarkeista. Vielä ei tiedetä, onko tämäntyyppinen aine fyysisesti mahdollista. Jos näin on, se löydettäisiin todennäköisesti erittäin kompaktien tähtien ytimestä, jotka eivät ole vielä romahtaneet mustaksi aukoksi.