L'étude des collisions entre particules a permis de mieux comprendre la physique du noyau atomique (réactions de fission, de fusion, radioactivité) et a révélé l'existence de deux interactions fondamentales (l'interaction forte et l'interaction faible) qui viennent s'ajouter aux interactions gravitationnelles et électromagnétiques.

i) L'interaction forte : permet d'expliquer la cohésion des noyaux (formés de protons et de neutrons) malgré la répulsion électrostatique entre les protons. Cette interaction est de très courte portée. Les particules qui y sont sensibles (proton, neutron, ...) sont appelées hadrons. Cette interaction se transmet entre six quarks (particules constitutives des neutrons et des protons : quarks et ) par l'intermédiaire de gluons.

ii) L'interaction faible : permet d'expliquer les phénomènes de désintégration radioactive. Cette interaction est de très courte portée. Les six particules qui y sont sensibles sont appelées leptons (électron, muon, tau, neutrino électronique, neutrino muonique, neutrino tau). Cette interaction entre leptons est transmise par les bosons.

iii) L'interaction électromagnétique : permet d'expliquer l'attraction ou la répulsion de deux particules chargées. Cette interaction est à longue portée, elle varie en , où est la distance qui sépare les particules. Cette interaction est transmise par le photon.

iv) L'interaction gravitationnelle : permet d'expliquer l'attraction entre deux masses. Cette interaction est à longue portée, elle varie en , où est la distance qui sépare les particules. Cette interaction serait transmise par le graviton (particule de masse nulle, jamais détectée à ce jour d'où les expériences de détection d'ondes gravitationnelles).