一般有两种类型的亚原子粒子，一类是基本粒子，即不由任何其他粒子组成的粒子；另一类是复合粒子，即由其他粒子复合构成的粒子。粒子物理与核物理主要研究这些粒子以及它们之间的相互作用。

带负电荷的电子的质量等于氢原子质量的1/1836，氢原子质量其余的部分是带正电荷的质子，元素的原子序数是其原子核中的质子数。中子是中性粒子，其质量略大于质子质量。同一元素的不同同位素包含相同数量的质子，不同数量的中子，同位素的质量数是其核子（质子和中子的统称）的总数。

化学关注的是原子间如何通过共享电子形成晶体、分子等结构。核物理研究的是质子和中子在原子核中如何排列。亚原子粒子、原子和分子以及它们的结构和相互作用的研究中需要用到量子力学。对亚原子粒子的研究称为粒子物理学，高能物理学几乎是粒子物理学的代名词，因为粒子的生成需要高能量，这些反应只会发生在宇宙射线或粒子加速器中。

①按统计分类。所有的亚原子粒子，比如在三维空间内遵循量子力学规律的任何粒子，可以分为玻色子（整数自旋）或费米子（半整数自旋）。

②按质量分。在狭义相对论中，一个粒子静止时的能量等于它的质量乘以光速的平方。也就是说，质量可以用能量来表示，反之亦然。如果一个粒子有一个静止的参照系，那么它就有一个正的静止质量并且是重的。所有复合粒子都是重的。重子往往比介子的质量更大，一般也重于轻子，但是最重的轻子（τ子）要比两种最轻的重子更重。也可以肯定任何带电荷的粒子是重的。所有的无质量粒子（粒子的静止质量为零）都是基本粒子，包括光子、胶子，尽管后者不能孤立存在。

③按组成分类。标准模型的基本粒子包括6种夸克，即上夸克（u）、下夸克（d）、奇夸克（s）、粲夸克（c）、底夸克（b）以及顶夸克（t）；6种轻子，即电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子；12种规范玻色子（力的载体），即电磁光子、3种弱相互作用的W玻色子（W⁺、W^-）和Z玻色子以及8种强相互作用的胶子；希格斯（Higgs）玻色子。

标准模型的各种扩展预测了基本的引力子粒子以及许多其他基本粒子的存在。复合的亚原子粒子（比如质子或原子核）是两个或两个以上基本粒子的束缚态。例如，质子是由两个上夸克和一个下夸克组成的，中子是由两个下夸克和一个上夸克组成的，而氦-4的原子核则是由两个质子和两个中子组成的。复合粒子包括所有的强子，这就包括了重子（如质子和中子）和介子（如π介子和K介子）。

一些亚原子粒子及其性质见表。

当实验结果表明光的行为既可以表现得像一束粒子流（称为光子）又可以表现出波的特性时，人们开始对粒子的概念进行反思。这使得波粒二象性这一新的概念出现，用于反映量子尺度下粒子的行为。另一个新的概念——不确定性原理，说明当它们的一些性质结合在一起时就不能被精确地测量出来，如同时存在的位置和动量。研究结果证明波粒二象性不仅适用于光子，也适用于更重的粒子。

在量子场理论框架下的粒子之间的相互作用可以理解为相应的基本相互作用的量子的产生和湮没，这将粒子物理与场论结合在了一起。

根据A.爱因斯坦^[注]、L.V.德布罗意^[注]等人的研究，科学理论认为所有的粒子也都有波的性质，这个假设已经被证实不仅存在于基本粒子，也存在于复合粒子（如原子，甚至分子）。事实上，根据传统的非相对论量子力学的公式，波粒二象性适用于所有的物体，甚至是宏观的物体，尽管由于宏观物体的波长太小而不能检测到波的特性。

粒子之间的相互作用已被详细研究了很长时间，一些简单的定律也为粒子间的碰撞和相互作用的行为打下了理论基础。其中最根本的是能量守恒定律和动量守恒定律，这使人们可以对大到恒星、小到夸克尺度范围内的粒子之间的相互作用进行计算。