En la antigüedad se pensó, en una hipótesis brillante, que toda la materia del mundo estaba formada por una composición de los cuatro elementos: aire, fuego, tierra y agua. En la actualidad se comprueba que la descripción de un fenómeno físico se realiza en base a elementos que necesitan acomodarse a la escala del fenómeno, y que según ésta requieren elementos que pueden estar compuestos por otros elementos de escala inferior, como en un juego de muñecas rusas. Por ejemplo, para explicar muchas de las propiedades de la materia conocida basta descender a escala del nanómetro (10–9 m), que es la escala atómica. El ruso Dmitri Mendeléyev tuvo la idea de clasificar en una tabla los átomos de los elementos según sus propiedades físicas, pero para entender las regularidades de esta tabla periódica es necesario ir a una escala inferior, la de las partículas subatómicas. Los átomos no son los últimos constituyentes de la materia, ni tampoco sus núcleos, que están formados por protones y neutrones, y éstos, a su vez, formados por otras partículas llamadas quarks.
La Física actual describe la materia hasta un nivel de constituyentes que es llamado modelo estándar. Contiene constantes que no se saben calcular a un nivel más bajo, y por ello se integran en la siguiente tabla de parámetros fundamentales:
Se agrupan en tres familias de cuatro componentes cada una, que difieren de una familia a otra por su masa. La primera familia, la más ligera, está formada por el electrón, el neutrino eléctrico y los quark-u/d. Un protón es un sistema de un quark-u y dos quark-d. Esta familia forma toda la materia ordinaria, los objetos que nos rodean y a nosotros mismos. Los componentes de las otras dos familias se producen en situaciones muy especiales, como el Big Bang, los rayos cósmicos o los aceleradores de partículas. En la segunda familia se tiene en muon, el neutrino muónico y los quark-c/s. Los miembros de la familia más pesada son el tau, el neutrino tautónico y los quark-t/b. En total, tenemos 12 partículas, a las que hay que añadir sus correspondientes antipartículas.
Entre los miembros de estas tres familias existen cuatro interacciones básicas: la gravitatoria, la electromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear débil. La interacción nuclear fuerte es la que mantiene unidos los núcleos atómicos, mientras que la débil es responsable de ciertos tipos de radiactividad nuclear, como la desintegración de un neutrón para dar un protón, un electrón y un neutrino eléctrico. La interacción fuerte sólo actúa sobre los quarks, pero no sobre los electrones, muones y taus, mientras que la débil actúa sobre todos ellos. La interacción electromagnética actúa sobre las partículas cargadas, es decir, sobre todos los miembros de las familias excepto los neutrinos. Por último, la interacción gravitatoria, que es tan débil entre estas partículas que suele ignorarse.
