当多个核子组合为一个原子核（核素）时，这些基础方程式变得非常难直接求解，必须使用核物理学的方法。核物理学利用近似法和模型来研究多个核子之间的交互作用，例如用核壳层模型。这些模型能够准确解释核素的属性，比如哪些核素会进行核衰变等。质子和中子都是重子和费米子。质子和中子特别相似，除了中子不带有电荷以外，中子的质量比质子仅仅高0.1%，它们的质量非常相近，因此它们可以视为同样核子的两种状态，共同组成了一个同位旋二重态（），在抽象的同位旋空间做旋转变换，就可以从中子变换为质子，或从质子变换为中子。这两个几乎相同