构成原子核的质子和中子之间存在介子，以传递原子核内巨大的吸引力-强力，强力比电磁力强137倍，故能克服质子之间所带正电荷的电磁斥力而结合成原子核。原子核的能量极大，当原子核发生裂变（重原子核分裂为两个或更多的核）或聚变（轻原子核相遇时结合成为重核）时，会释放出巨大的原子核能，即原子能（例如核能发电）。
质子和中子及介子由价夸克（组分夸克）及海夸克（流夸克）组成，夸克亦有层层（壳）结构，外层为横向连接的价夸克，内层为纵向叠加的诲夸克，而外层为3个横向连接的束缚态价夸克。价夸克按比例（2个上型夸克带+2/3电荷，1个下型夸克带-1/3电荷）分掉质子（或3夸克超子）内的整数电荷，故夸克带分数电荷。纵向叠加的海夸克正负电荷相抵=零，原子内带正电荷的质子与带负电荷的电子数量相同，故整个原子呈电中性。
核子之间的核力，是一种比电磁作用大得多的相互作用。原子半径很小，质子间库仑斥力很大，但原子核却很稳定。所以原子核里质子间的除了库仑斥力外还有核力。只有在2.0×10-15m的短距离内才能起到作用。质子和质子之间、1912年英国科学家卢瑟福根据α粒子轰击金箔的实验中，绝大多数α粒子仍沿原方向前进，少数α粒子由于撞击到了电子发生较大偏转，个别α粒子偏转超过了90°，有的α粒子由于撞上原子核所以偏转方向甚至接近180°。该试验事实确认了：原子内含有一个体积小而质量大的带正电的中心，这就是原子核模型的来历。
