Seit dem frühen 20. Jahrhundert haben Physiker vier fundamentale Kräfte oder Wechselwirkungen erkannt, die alle bekannten Phänomene in der Natur umfassen. Drei von vier wurden streng und mathematisch durch das in den frühen 1970er Jahren formulierte Standardmodell charakterisiert. Die vier Kräfte sind die starke Kernkraft (auch als Farbkraft bekannt), die schwache Kernkraft (vermittelt den Beta-Zerfall), die elektromagnetische Kraft und die Schwerkraft.
Bei sehr hohen Energien vereinigen sich die schwache Kernkraft und die elektromagnetische Kraft (beginnen sich austauschbar zu verhalten), während man bei noch höheren Kräften glaubt, dass sich die starke Kraft mit der elektroschwachen und schließlich die stark-elektroschwache Kraft mit der Schwerkraft vereint. Es wird angenommen, dass alle vier einen Augenblick nach dem Urknall, in den frühesten Stadien der Entstehung des Universums, vereint waren.
Die starke Kernkraft hält Protonen und Neutronen im Atomkern zusammen. Genauer gesagt wird es durch den Austausch von Gluonen zwischen Quarks, die Protonen und Neutronen bilden, vermittelt. Sie ist 100-mal stärker als die elektromagnetische Kraft. Wenn Kerne bei Kernreaktionen zertrümmert werden, wird Energie aus dieser Kraft freigesetzt. Beschrieben durch die physikalische Theorie der Quantenchromodynamik, verliert es seine ganze Kraft in Entfernungen, die viel weiter als der Atomkern sind.
Die elektromagnetische Kraft ist diejenige, mit der die Menschen am besten vertraut sind, und sie ist für alle chemischen Reaktionen und die erkennbarsten physikalischen Eigenschaften, wie zum Beispiel Licht, verantwortlich. Sie wird durch Photonen vermittelt, aus denen alle elektromagnetische Strahlung besteht, von kosmischer Strahlung über sichtbares Licht bis hin zu extrem niederfrequenten Radiowellen. Sowohl Wärme als auch Licht bestehen aus Photonen.
Elektromagnetische Kraftwechselwirkungen werden durch elektrische Ladung bestimmt. Der Grund, warum Menschen beim Sitzen nicht durch einen Stuhl fallen, liegt darin, dass die negative Ladung der atomaren Elektronenschalen, aus denen der Körper besteht, von der negativen Ladung der Elektronenschalen, aus denen der Stuhl besteht, abgestoßen wird. Photonenwellen verlieren im Quadrat zur Entfernung ihrer Quelle an Stärke.
Die schwache Kernkraft ist für einen relativ kleinen Bereich fundamentaler Wechselwirkungen verantwortlich. Es vermittelt den Betazerfall, der passiert, wenn ein Neutron in ein Proton und ein Elektron oder Positron zerfällt. Vermittelt durch W- und Z-Bosonen ist es etwa hundert Milliarden Mal schwächer als das elektromagnetische. Es funktioniert nur über kurze Distanzen.
Die Schwerkraft ist die schwächste aller Kräfte, aber die durchdringendste im Universum, weil sie von allen Körpern mit Masse erzeugt wird. Die Schwerkraft ist 1036 mal schwächer als die elektromagnetische Kraft, was eine mathematische Analyse erschwert. Die Teilchen, von denen angenommen wird, dass sie die Schwerkraft vermitteln – Gravitonen – wurden noch nicht entdeckt. Die Schwerkraft unterscheidet sich auch dadurch von den anderen Kräften, dass sie noch nicht auf streng mathematische Weise mit den anderen integriert wurde. Physiker suchen seit fast einem Jahrhundert ohne Erfolg nach einer Theorie, um die Schwerkraft mit den anderen Kräften zu vereinen.