Si, dans les temps anciens, le rêve de la pierre philosophale qui serait capable de transformer le plomb en or a hanté les alchimistes, c'est que l'on reconnaissait une sorte de parenté entre les différents éléments constituant la matière. La première trace écrite de ce que l'on pourrait appeler une « conception atomistique » de la matière revient à Démocrite, qui, par un simple argument logique, était arrivé au IVe siècle avant J.C. à la conclusion que la matière devait pouvoir être décrite comme un amas de petites particules insécables, les « atomes ». Cette conception très intuitive est devenue au XIXe siècle plus formelle avec la rationalisation de la chimie. Une notion alors admise était que la matière était certainement constituée de « briques élémentaires » que l'on imaginait sous la forme d'atomes d'hydrogène. Cependant cette notion ne donnait pas entièrement satisfaction. Par exemple dans cette hypothèse, tous les éléments chimiques auraient dû présenter une valeur de masse molaire entière, égale au nombre « d'atomes d'hydrogène » composant l'élément. Pourtant, dans la nature, certains éléments défiaient cette loi : comment expliquer par exemple que la masse molaire du chlore est de 35,5 g/mol ? Les découvertes de la Physique Nucléaire au XXe siècle ont permis de lever le voile sur ce mystère, en mettant en évidence de façon plus fine la structure de l'atome et du noyau, et en montrant que la notion d'élément chimique ne suffisait pas à décrire les propriétés physiques de la matière.

Nous allons, dans ce qui suit, donner une description de la matière au niveau microscopique, en allant du « plus grand » - la molécule, l'atome - au « plus petit » - le noyau et ses constituants.