基本力
fundamental forces
(＝基本相互作用)發生在基本粒子之間的四種力。從最弱的力開始按照強度順序，它們是引力、弱核力、電磁力和強力。
1980年代曾有人宣稱發現了‘第五種力’，並一度把它解釋為引力在數十米作用範圍內的可能變種 (實為‘反引力’)。但仔細的實驗證明，歸因於第五種力的所有效應，在扣除了實驗地區地質層密度的變化後，實際上都能用引力來解釋。沒有證據表明宇宙中還存在四種已知力之外的任何其他力，粒子物理學家的主要目標之一就是用一攬子數學模式解釋全部四種力的作用方式(見大統一理論)。
四種力相對強度的差別極為懸殊。如以強力的強度為1單位，則電磁力的強度是
(正好是強力強度的百分之一)，弱力的強度是
(強力強度的百萬分之一)，而引力的強度只有
。這意味著，比如，兩個電子之間的電磁斥力比同樣兩個電子之間的引力大
倍。引力的微弱如此驚人，致使它在粒子對或幾個粒子之間的相互作用中實際上不起任何作用。 但在四種力中人們最先加以科學研究的卻是引力，而且(艾薩克·牛頓)建立了圓滿的數學理論來描述它。這是由於引力具有可加性——物質團塊中含有的粒子越多，該團塊的引力越強。而且引力的作用程非常長，強度的減弱僅僅與到物質團塊距離的平方成反比(平方反比律)。太陽的引力很大，因為它含有極大量粒子，而它那極長的作用程能將行星維持在它們的軌道上。
確實，正是電磁力和引力在大小上的差異才使恆星能夠那樣大。在太陽這類恆星的內部，核子之間的電力總是力圖把它們分開，因為所有核子帶正電荷，而同性電荷互相排斥。同樣，原子外部的電子全都帶負電荷，如果你試圖把兩個原子推到一起，它們總是被它們電子云之間的斥力分開。雖然電磁力也遵守平方反比律，而且原則上作用程也很長，但每個原子的淨電荷卻等於零，因為電子云的負電荷正好與核的正電荷相互抵消(電子因量子效應而不會落到核中；見量子理論)。所以，即使你把大量原子放到一起，總電荷仍為零，而引力則因原子數量的增多而變大。
原子核的組成粒子-結構模型圖個原子，團塊中心的原子受到的引力(它上面的全部原子的重量)將強大到使個別原子核擠到一起，使原子核互相接觸，而維持恆星內部高溫的核聚變過程得以開始。所以，簡單地比較電磁力和引力的強度，就能夠預報所有恆星必定含有至少個原子核。但情形並非完全如此，因為個原子不是集中在一個點，而是擴散到恆星的整個體積中。這對引力來說是個不利因素，它使引力的效率減小了1/3，因為物質團塊的體積正比於半徑的立方。因此，實際上，引力要能把原子壓到一起並引發核聚變，團塊應含有大約 
個原子，因為38是57的2/3。一個擁有個氫原子核(記住這個數叫做海因茲湯參數)的物質團塊，確實正好是比太陽小一點點的恆星的大小，它的質量大約是太陽質量的85％。 
原子內部組成的粒子-結構模型圖由於量子效應，稍輕一些的恆星是可能存在的，但決不會輕於太陽質量的大約10％。需要這么多質量是為了使恆星足夠重，能將兩個原子壓到一起，使一對核發生聚變——當然，一旦恆星有那么重，它將把其深部的所有原子壓到一起並引起很多核聚變。
展示引力微弱程度的另一個例子是蘋果從樹上落下。蘋果的柄是通過原子和分子之間的電磁力維持成一體的，柄只含有很少的分子，卻要忍受地球的全部粒子作用在蘋果上、試圖扯斷它的柄並使蘋果落到地面的聯合引力。
另外兩種力，即強核力和弱核力(通常省略‘核’字，直接稱之為強力和弱力)，不遵守平方反比律，作用程很短，其影響僅及於一個原子核大小的範圍。強力直接作用在夸克之間，使它們結合成強子，包括原子核中的質子和中子(重子族的成員)。儘管質子之間的電磁斥力總想把原子核炸開，強力卻能從個別核子漏出而影響近旁粒子，從而將質子和中子保持在原子核內。
既然強力比電磁力大約強100倍，那么我們期望當原子核含有100個以上質子時，電磁力將占優勢而使原子核不穩定(在這種情況下，電磁力由於所有質子的電荷相等而可加，作用程很短的強力則不可加，而只在相鄰的核子之間起作用)。實際上，強子的處境因原子核中存在中子而稍稍輕鬆些，但最重的一些穩定原子核仍然含有正好超過200個核子，不過其中的質子都不到100個(甚至鈽原子核的質子也只有94個)。再說一遍，對兩種基本力之間平衡的簡單理解，解釋了本來可能成為自然界之謎的現象，即穩定元素數量是有限的。
強力的一個獨特性質是，在其作用範圍內，分開較遠的夸克具有較大的強力。一個核子中三個夸克只要彼此相距在大約
米以內，就根本不會明顯感受到力的作用——它們似乎由與作用範圍大致同樣長的鬆緊帶連線著。但是，當某個夸克試圖運動到離它的同伴超過米，‘鬆緊帶’就開始繃緊，把它拉回到原地。它試圖運動得越遠，繃緊得越厲害，拉它回來的力也越大。夸克要逃離核子，僅當注入極大能量(可能通過與其他粒子碰撞)，將鬆緊帶扯斷，在斷裂處的兩邊各產生一個由純能量轉換而來的新夸克 (見狹義相對論)，才有可能。
逃離的夸克將與一個新夸克結合，形成一個叫做介子的束縛對，而第二個新夸克則占據它在核子中的地位。
β衰變-結構模型圖弱力的行為更加不像通常意義下的力，而是引起β衰變過程的一種相互作用。弱力的作用發生在輕子之間和產生輕子的強子衰變過程中。但弱相互作用和電磁相互作用兩者能用叫做弱電理論的同一個數學描述統一起來。這個理論把這兩種力描繪成單一力的不同方面；將不同力的數目減少到三種是粒子物理學家的重大成功之一，它(大概)也是建立一個將強力與弱電力統一起來的更完整數學模式的辦法。
光子-結構模型圖在經典力學中，粒子之間的力用場方程式描述，並想像一個粒子周圍存在對其他粒子施加力的‘力場’。在量子理論中，力(或相互作用)由粒子攜帶（或傳達）。電磁相互作用由光子傳達而在帶電粒子間交換；弱相互作用由叫做中介矢量玻色子的粒子傳達而在輕子間(有些情況下在一個輕子和一個強子之間)交換；強相互作用由膠子傳達；引力由引力子傳達。有直接證據表明，除引力子外，所有這些力的載體都存在；而且幾乎肯定(弦理論也預言了的)引力子確實存在，但引力的極度微弱使得對它們在粒子間交換方式的探測成為不可能。
傳達強相互作用的膠子-結構模型圖
傳達弱相互作用的中介矢量玻色子-結構模型圖