20 -luvun alusta lähtien fyysikot ovat tunnistaneet neljä perusvoimaa eli vuorovaikutusta, jotka kattavat kaikki tunnetut ilmiöt luonnossa. Kolme neljästä on luonnehtinut tarkasti ja matemaattisesti 1970 -luvun alussa laaditun vakiomallin avulla. Nämä neljä voimaa ovat vahva ydinvoima (tunnetaan myös nimellä värivoima), heikko ydinvoima (välittää beetahajoamista), sähkömagneettinen voima ja painovoima.
Erittäin suurilla energioilla heikko ydinvoima ja sähkömagneettinen voima yhdistyvät (alkavat käyttäytyä keskenään), kun taas vielä suuremmilla voimilla uskotaan, että vahva voima yhdistyy sähköheikkoon ja lopulta voimakas heikko voima yhdistää painovoiman. Uskotaan, että kaikki neljä yhdistettiin heti alkuräjähdyksen jälkeen, maailmankaikkeuden muodostumisen varhaisimmissa vaiheissa.
Vahva ydinvoima pitää yhdessä ytimessä olevia protoneja ja neutroneja. Tarkemmin sanottuna sitä välittää gluonien vaihto protonien ja neutronien muodostavien kvarkkien välillä. Se on 100 kertaa vahvempi kuin sähkömagneettinen voima. Kun ytimet murskataan ydinreaktioissa, tästä voimasta vapautuu energiaa. Fysiikan teoria, jota kutsutaan kvanttikromodynamiikaksi, kuvailee kaiken voimansa etäisyyksillä, jotka ovat paljon laajemmat kuin atomin ydin.
Sähkömagneettinen voima on se, jonka ihmiset tuntevat eniten, ja se on vastuussa kaikista kemiallisista reaktioista ja tunnetuimmista fysikaalisista ominaisuuksista, kuten valosta. Sitä välittävät fotonit, jotka muodostavat kaiken sähkömagneettisen säteilyn kosmisista säteistä näkyvään valoon ja erittäin matalataajuisiin radioaaltoihin. Valo ja lämpö koostuvat fotoneista.
Sähkömagneettisen voiman vuorovaikutus määräytyy sähkövarauksen perusteella. Syy siihen, miksi ihmiset eivät putoa tuolin läpi istuessaan sen päällä, on se, että kehon muodostavien atomien elektronikuorien negatiivinen varaus hylkii tuolin muodostavien elektronikuorien negatiivisen varauksen. Fotoniaaltojen voimakkuus pienenee niiden lähteen etäisyyden neliön mukaan.
Heikko ydinvoima on vastuussa suhteellisen pienestä valikoimasta perustavanlaatuisia vuorovaikutuksia. Se välittää beetahajoamista, mitä tapahtuu, kun neutroni hajoaa protoniksi ja elektroniksi tai positroniksi. W- ja Z -bosonien välityksellä se on noin sata miljardia kertaa heikompi kuin sähkömagneettinen. Se toimii vain lyhyillä etäisyyksillä.
Painovoima on kaikista voimista heikoin, mutta kaikkein yleisimpi universumissa, koska kaikki massarungot tuottavat sen. Painovoima on 1036 kertaa heikompi kuin sähkömagneettinen voima, minkä vuoksi sitä on vaikea analysoida matemaattisesti. Hiukkasia, joiden uskotaan välittävän painovoimaa – gravitoneja – ei ole vielä havaittu. Painovoima eroaa myös muista voimista siinä, että sitä ei ole vielä integroitu muiden kanssa tiukalla matemaattisella tavalla. Fyysikot ovat etsineet teoriaa painovoiman yhdistämiseksi muiden voimien kanssa lähes vuosisadan ajan, ilman toistaiseksi onnea.