.

19.yüzyılın sonlarına doğru fizikçiler Dalton atomlarının temel parçacık olmadığını, hatta daha da küçük parçacıkların var olduğunu keşfettiler Elektron 1879 - 1897 yılları arasında William Crookes, Arthur Schuster, j.j. Thomson ve diğer fizikçilerin araştırmaları sonucunda bulundu. 1909 yılın da Robert Andrew Millikan ve Harvey Fletcher'ın yağ damlası deneyi sonucun da elektronun yükü bugünkü gerçek değerine çok yakın olarak ölçüldü. Physicists theorized that negatively charged electrons are constituent part of "atoms", along with some (yet unknown) positively charged substance, and it was later confirmed. Electron became the first elementary, truly fundamental particle discovered.

20.yüzyılın başlarında fizikçiler yalnızca iki temel kuvveti biliyorlardı;elektromanyetizma ve kütle çekimi. Maalesef atomun yapısındakileri açıklayamıyorlardı. Sadece Colomb kuvveti adını verdikleri bilinmeyen pozitif yükün elektronları çektiğini var sayıyorlardı. 

1909 yılın da Ernest Rutherford ve Thomas Royds helyum atomunun formunu ve alfa parçacığının iki elektronun birleşmesinden meydana geldiğini ispatladı.Helyum atomunun iki kere iyonlaştırılması sonucu alfa parçacığı elde edilir. Atom yapısı hakkındaki birçok spekülasyona Rutherford'un 1907 yılında yaptığı altın levha deneyi açıklık getirmiştir. Deney sonucun da atomun içerisin de büyük boşluklar olduğu, küçük atom çekirdepinde bütün kütlenin toplandığı sonucuna varılmıştır.

1914 yılına gelindiğin de Ernest Rutherford, Henry Moseley, James Franck ve Gustav Hertz tarafından yapılan deneyler atom yapısını pozitif yüklerin çekirde toplanarak neredeyse yüksüz elektronlar tarafından çevrelenmiş bir yapı olarak tanımlamaktaydı. Bu buluşlar beraberin de radyoaktivitenin doğasını, elementlerin diğer formlara dönüşmesini hatta elementlerin kendilerine dönüşmelerini anlamaya ışık tutmuştur. Atom numarası aslında atom çekirdeğindeki pozitif yüklerin elektrik yükünden başka bir şey değildir.Elektromanyetik etkileşimler tarafından yönetilen kimyasal değişimler çekirdeği değiştirmezler. Bu sebeple elementler kimyasal olarak yıkılamazlar. Fakat çekirdekler ışıma yaparak ya da bir parçacık yakalayarak kütlesini değiştirdiklerinde o atom başka bir element haline gelir. Özel görelelik kütle açığı ile enerji arasında nasıl bir ilişki olduğunu açıklıyor. Günümüzde nükleer fizik olarak adlandırılan fiziğin dalı, nükleer olayları göz ardı edip atomun yapısı ve özellikleri üzerine çalışmalar yapan atom fiziğinin aksine atom çekirdeğinin yapısı ve dönüşümleri üzerine çalışmaktadır. Bohr modeli gibi yeni oluşan kuantum fiziğinin gelişmesi ile birlikte atom hacmindeki boşluklarınThe development in the nascent quantum physics, such as Bohr model, led to the understanding of chemistry in terms of the arrangement of electrons in the mostly empty volume of atoms.

1918 yılın da Rutherford proton adını verdiği hidrojen çekirdeğindeki pozitif yükü kanıtladı. Ardırdan, Frederick Soddy radyoaktif elementleri araştırmıştır. J. J. Thomson ve F. W. Aston'nun deneyleri aynı atom numarasında aynı elemtin farklı kütlelerde (izotoplar) bulunabildiğini keşfettiler.  It prompted Rutherford to conjecture that all nuclei other than hydrogen contain chargeless particles, which he named the neutron.
Evidences that atomic nuclei consist of some smaller particles (now called "nucleons") grew; it became obvious that, while protons repulse each other electrostatically, nucleons attract each other by some new force (nuclear force). It culminated in proofs of nuclear fission in 1939 by Lise Meitner (based on experiments by Otto Hahn), and nuclear fusion by Hans Bethe in that same year. Those discoveries gave rise to an active industry of generating one atom from another, even rendering possible (although it will probably never be profitable) the transmutation of lead into gold; and, those same discoveries also led to the development of nuclear weapons.

Sıvı damla modeli ve nükleer kabuk modeli gibi nükleer modellerin gelişmesi nüklitlerin özelliklerini anlaşılılabilir yaptı. Nucleon–nucleon etkileşmesi analitik olarak bazı şeyleri kuantum mekaniğinin temel prensiplerinde olduğundan daha kompleks hale getirdi.

Nükleer fizik dalında en önemli gelişme 1940'lar da askeri önemliliğinden dolayı nükleer fisyon çalışmalarıyla birlikte olmuştur. Fisyon bombası ve nükleer fisyon reaktörü içinde meydana gelen bir süreç: olan fisyon ile ilgili sorunların ana odağı nötronlarla atom çekirdeğinin etkileşimdir.Zamanla atom altı fiziği nükleer mühendislik haline geldi. İlk olarak sentezlenmiş transuranium elementleri de bu bağlamda elde edilmiştir. through neutron capture and subsequent β decay.

Fermium ötesi elementler bu yöntem ile elde edilemez. The elements beyond fermium cannot be produced in this way. Nükleus başına 100'den fazla proton içeren bir nüklid yapmak için hızlandırıcı ve atom çarpıştırıcı bir envanter ve parçacık fiziği kullanmak zorundadır. Sadece bilimsel amaçlar için ağır sentetik elementleri üretimi 21. yüzyıla kadar fiziğin bir dalı olarak devam etmiştir.

Nükleer fizikteki üçüncü önemli unsur ise nükleer füzyon ile ilgili araştırmalardır. Bu araştırmalar termonükleer silahlar; yıldız nükleosentezi ve büyük Patlama nükleosentezi gibi astrofizik araştırmalarıdır. 

1950'li yıllarda parçacık hızlandırıcısının gelişmesi kozmik ışın üzerinde ku çalışmlar ile proton üzerinde yüzlerce elektron voltluk enerji kullanarak esnek olmayan saçılma deneyleri yapılabilir hale geldi. They created some short-lived resonance "particles", but also "hyperons" and "K-mesons" with unusually long lifetime. The cause of the latter was found in a new quasi-conserved quantity, named "strangeness", that is conserved in all circumstances except for the weak interaction. The strangeness of heavy particles and the μ-lepton were first two signs of what is now known as the second generation of fundamental particles.

Zayıf etkileşimler hala bir sır. 1957 yılın da zayıf etkişelimlerin dönüşüm çarpanını korumadıkları keşfedildi. Başka bir deyişle ayna simetrisi temel simetri yasası olarak çürütüldü  

1960'lı yıllarda parçacık hızlandırıcısının ve parçacık dedektörünün gelişmesi  yüksek enerji deneylerinde çeşitli parçacıkların bulunmasına izin verdi.  It prompted Wolfgang Pauli's remark: "Had I foreseen this, I would have gone into botany". Bütün sözlerini "particle zoo" takma isimi ile söylemiştir. Henüz bilinmeyen Mezonlardan Baryonlara birçok küçük parçacık daha sonra bilinir hale gelmiştir.

Then, the old, broad denotation of the term "elementary particle" was deprecated and a replacement term "subatomic particle" covered all the "zoo", with its hyponym "hadron" referring to composite particles directly explained by the quark model. The designation of an "elementary" (or "fundamental") particle was reserved for leptons, quarks, their antiparticles, and quanta of fundamental interactions (see below) only.

Kuantum alan teorisi parçacıklar ve etkileşimleri arasında hiçbir fark varsaymaz çünkü  temel parçacıkların sınıflandırılması, etkileşimlerini ve alanları sınıflandırmasına da izin verdi.

Günümüz de büyük miktarda parçacığın ve temel olmayan etkileşimlerin, temel etkileşim olduğu düşünülen kuarklar ve leptonlar gibi küçük miktarlarda temel maddelerin birleşmesi olarak açıklandı. Teori çeşitli temel etkileşimleri ayırt ettiği için, temel parçacıkların hangi etkileşim içinde katıldıklarını görmek mümkün oldu. Namely:
Bir sonraki adım "birleşik alan teorisi" olarak 20. yüzyılın başlarında fizikçiler tarafından öngörülen temel etkileşim sayısı. İlk başarılı, modern birleşik teori sonradan Abdus Salam, Steven Weinberg ve Sheldon Glashow tarafından geliştirilen elektrozayıf kuvvet teorisi oldu. This development culminated in the completion of the theory called the Standard Model in the 1970s, that included also the strong interaction, thus covering three fundamental forces. Cern de yapılan deneyin sonucun da nötr zayıf akımın  varlığı keşfedildikten sonra standart model de z bozonunu öngören fizikçiler Salam, Glashow ve weinberg'e 1979 yılında elektrozayıf kuvvet teorilerinden dolayı nobel fizik ödülü verildi.  1980'li yıllar boyunca zayıf bozonlarının keşfi (zayıf etkileşimin miktarı) ve 1990'larda özelliklerinin doğrulanması parçacık fiziğinde konsolidasyon dönemi olarak kabul edilir.

Hızlandırıcılar çeşitli çarpışma enerjilerin de beklenen parçacık etkileşimlerini tespit ederek Standart Model yönlerini teyit ederken, ileriye dönük ışık vadeden süper simetri ve sicim teorisine inanan birçok kuramcı olmasına rağmen standart model ile genel görelilik uzlaşması üzerine hiçbir teori henüz bulunamadı. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ancak 2008 yılında faaliyete başlamıştır ve yapılan testlerde süpersimetri ve sicim kuramının destekleyicisi herhangi bir kanıt bulmada başarısız olmuştur ve bunu yapmak pek mümkün görünmüyor. Bunun anlamı temel teorideki geçerli durum yeni fikirler açısından eksik David Gross'ub dediği gibi; Bu durum, daha doğrusu fiziksel bir kriz olarak görülebilir, ama olmamalı. Kabul edilebilir bilimsel karışıklık bir tür keşif sonunda üstesinden gelinir.

Dördüncü temel kuvvet, kütle çekimi, henüz tutarlı bir şekilde parçacık fiziği ile entegre değil.

As of 2011, the Higgs boson, the quantum of a field that is thought to provide particles with rest masses, remained the only particle of the Standard Model to be verified.  4 Temmuz 2012 tarihin de Cern'de büyük hadron çarpıştırıcısın da çalışan fizikçiler temel parçacığın neden kütleye sahip olduğunu, evrendeki çeşitliliği ve yaşamı anlamak için potansiyel anahtar olan Higgs bozonunu andıran yeni bir atom altı parçacığın keşfedildiğini duyurdular. Rolf-Dieter Heuer, the director general of CERN, said that it was too soon to know for sure whether it is an entirely new particle, which weighs in at 125 billion electron volts – one of the heaviest subatomic particles yet – or, indeed, the elusive particle predicted by the Standard Model, the theory that has ruled physics for the last