亚原子粒子又称次原子粒子，指结构比原子更小的粒子。其中包括原子的组成部分如电子、质子和中子，放射和散射所造成的粒子如光子、中微子和渺子，以及许多其他奇特的粒子。总的来说，次原子粒子可能是电子、中子、质子、介子、夸克、胶子、光子等等。[2] 次原子粒子-内部结构模型图
现代粒子物理学的研究集中在亚原子粒子上。严格地说“粒子”这个称呼不精确，粒子物理学中研究的所有的物体都遵守量子力学的规则，它们都显示波粒二象性，根据不同的实验条件它们显示粒子的特性或波的特性。在物理理论中，它们既非粒子也非波，理论学家用希尔伯特空间中的状态向量来描写它们，详细的理论基础请参见量子场论。但按照粒子物理学的常规在这篇文章中这些物体依然被称为“粒子”，虽然这些粒子也具有波的特性。 次原子粒子
所知的所有基本粒子都可以用一个叫做标准模型的量子场论来描写。标准模型是粒子物理学中最好的理论，它包含47种基本粒子，这些基本粒子相互结合可以形成更加复杂的粒子。虽然如此大多数粒子物理学家相信它依然是一个不完善的理论，一个更加基本的理论还有待发现。这段时间发现的中微子静质量不为零是第一个与标准模型出现偏差的实验观测。
粒子物理学对科学哲学的冲击非常大，一些粒子物理学家依然坚持还原论，这个老的理论受到许多哲学家和科学家的批评。
到1920年，科学家已经知道每一个原子都是由原子核和电子组成，且带正电的原子核被带负电的电子云所包围。原子并不是“基本粒子”―构成物质的最基本的材料，不可再拆分成更小的微粒。不久，科学家们不断地发现了比原子更小的粒子，使人们对微观世界的认识更加深入。
新西兰裔英国物理学家欧内斯特・卢瑟福（1871~1937年）用α粒子（氦核）轰击氮原子时，发现氢核被释放出来，也就是说，氮核中必定含有氢原子核。1920年，卢瑟福建议将释放出的氢原子核命名为“质子”（源自希腊语中的“protos”，意思是“第一”）。质子的质量是电子的1836.12倍。原子绝大部分的质量都被原子核占据。同年，卢瑟福提出了比氢原子质量大得多的原子核还包含了不带电荷的微粒。
自1919年起,卢瑟福一直担任剑桥大学的物理教授和卡文迪许实验室的主任。卢瑟福研究的重点仍然是用α粒子（氦核）轰击不同种类的原子核。1925年,英国物理学家帕特里克・布莱克特(1897~1974年)在卢瑟福的指导下,将云室―1911年苏格兰物理学家威尔森(1869~1959年)发明―改进为一种能记录原子的瓦解的装置。但是α粒子所具有的能量还不足以将质量较大的原子核轰击成碎片，因此，对质量较大的原子核需要用能量更强的粒子轰击。1932年，英国物理学家约翰・考克劳夫特(1897~1967年)和爱尔兰物理学家欧内斯特・沃尔顿(1903~1995年)在卡文迪许实验室建造了世界上第一台粒子加速器，利用电磁铁产生的强大磁场加速质子,然后直接轰击目标。
20世纪20年代，德国物理学家瓦尔特・波特(1891~1957年)在柏林领导一个科学家小组进行了一系列的科学实验，他们用α粒子轰击几种较轻元素的原子核，这些元素包括铍、硼和锂。1930年,他们发现轰击原子核时会产生高能穿透辐射，起初，这些科学家认为这是一种γ射线辐射，但是这种辐射的穿透力比任何见过的γ射线辐射都要强。