Nukleonen sind atomare Teilchen, die den Großteil der Masse der Materie ausmachen. Atome haben einen Kern, der aus diesen Teilchen besteht – auch bekannt als Protonen und Neutronen &mash; und Elektronen, die den Kern umkreisen. Ein Atom kann als Miniatur-Sonnensystem betrachtet werden, in dem „Planeten“ (Elektronen) einen zentralen „Stern“ (den Kern) umkreisen. Elektronen haben nur 1/1836 der Masse der Protonen und 1/1837 der Neutronenmasse, während Neutronen und Protonen ungefähr die gleiche Masse haben.
Nukleonen werden nur selten unabhängig voneinander gefunden – sie sind normalerweise fest im Atomkern eingeschlossen. Sie werden von der stärksten Kraft im Universum zusammengehalten, der sogenannten starken Kraft. Die starke Kraft ist etwa 100-mal stärker als die elektromagnetische Kraft, aber sie wirkt nur auf extrem kleine Distanzen, etwa in einem Atomkern. Wenn seine Kraft freigesetzt wird, indem Atomkerne zerbrochen oder miteinander verschmolzen werden, sind die Ergebnisse erstaunlich. Dies wird allgemein als „Kernenergie“ bezeichnet und zeigt sich in der von der Sonne erzeugten Energie oder der Zerstörungskraft einer Atombombe.
Gelegentlich existieren Protonen und Neutronen unabhängig voneinander. Radioaktiver Zerfall, der in Substanzen wie Uran vorkommt, ist ein Prozess, bei dem Elemente langsam Protonen und Neutronen in Form von Alphastrahlung emittieren. Dies kann in Verbindung mit anderen Formen radioaktiver Strahlung für den Menschen schädlich sein. Der Weltraum ist mit solcher Strahlung gefüllt, die aus energetischen Teilchen besteht, die sich in geraden Linien mit Geschwindigkeiten nahe der des Lichts bewegen. Diese Teilchen werden in kleinen Mengen von jedem Stern emittiert.
In Teilchenbeschleunigern beschleunigen Physiker Atomkerne mit hoher Geschwindigkeit ineinander, um sie auseinanderzusprengen und einen Teilchenschauer freizusetzen, der analysiert werden kann. Auf diese Weise wurden verschiedene exotische Partikel gefunden. 1969 wurde beispielsweise nachgewiesen, dass Nukleonen tatsächlich aus kleineren Teilchen, den sogenannten Quarks, bestehen, die von kraftvermittelnden Teilchen, den sogenannten Gluonen, zusammengehalten werden. Vor diesen Hochenergieexperimenten wurden Quarks als praktisches theoretisches Konstrukt verwendet, aber erst nach den Experimenten wurde festgestellt, dass es sich tatsächlich um echte Teilchen handelte.