Rutherfordovi pokusi otkrili su da se gotovo sva masa i pozitivni naboj atoma nalaze u izuzetno maloj jezgri. Jezgra je otprilike sto tisuća puta manja od cijelog atoma, pa je atom uglavnom prazan prostor. Jezgru čine nukleoni – protoni s pozitivnim nabojem i neutroni bez naboja – koji su oko dvije tisuće puta masivniji od elektrona. Svaki nukleon sastoji se od po tri kvarka, što znači da nukleoni nisu elementarne čestice. Između protona djeluje snažna električna odbojna sila, pa je potrebna dodatna sila koja ih drži zajedno. Ta nuklearna sila opisuje se kao razmjena piona, dok je temeljna jaka sila rezultat međusobnog djelovanja kvarkova putem gluona.