即粒子物理學
目前對所能探測到的物質結構最深層次的研究稱為粒子物理學，又稱為高能物理學。在20世紀20年代末，人們曾經認為電子和質子是基本粒子，後來又發現了中子。在宇宙射線研究和後來利用高能加速器進行的實驗研究中，又發現了數以百計的不同種類的粒子。這些粒子的性質很有規律性，所以現在將基本兩字去掉，統稱為粒子。
研究這些粒子，發現它們都是配成對的。配成對的粒子稱為正、反粒子。正、反粒子一部分性質完全相同，而另一部分性質完全相反。另一個重要發現是，所有粒子在一定條件下都能產生和消滅。例如：高能光子在原子核的電場中能轉化為電子和正電子，電子和正電子相遇，就會同時湮沒而轉化為兩個或三個光子。
在實驗上把已經發現的粒子分為兩大類。一類是不參與強相互作用的離子，統稱為輕子。另一類是參與強相互作用的粒子統稱為強子。已經發現的數百種粒子中絕大部分是強子。實驗發現，強子也具有內部結構。強子內部帶點電荷的東西在外國稱為夸克，中國的部分物理學家稱之為層子。因為他們認為：即使層子也不是物質的始元，也只不過是物質結構無窮層次中的一個層次而已。
雖然層子在強子內部可以相當自由地運動，但即使用目前加速器所能產生的能量最高的粒子束轟擊強子，也沒有能將層子打出來，使它們成為處於自由狀態的層子。將層子囚禁在強子內部是強相互作用所獨有的性質，這種性質稱為“囚禁”。
弱相互作用也有其獨特的性質。它的基本規律對於左和右，正、反粒子，過去和未來都是不對稱的。弱相互作用的不對稱就是李政道和楊振寧在1956年所預言，不久在實驗上為吳健雄所證實的宇稱在弱相互作用中的不守恆。
在量子場論中，各種粒子均用相應的量子場來反映。空間、時間中每一點的量子場均以算符來表示，稱為場算符。這些場算符滿足一定的微分方程和對應關係或反對應關係。量子場的確既能反映披粒二象性，又能反映粒子的產生和消滅，還能自然地反映正、反粒子配成對的現象。
對稱性在物理學中占有很重要的地位。可以證明，假使物理基本規律具有某種對稱性，與之相應就有某種守恆定律。例如：假使物理基本規律在任何時間都一樣，與之相應就有能量守恆定律：假使物理基本規律對於相變換具有不變性，與之相應就有電荷守恆定律。
假使物理規律的某種對稱性是定域的，那么與之相應一定存在某種基本相互作用。目前已經通過實驗嚴格檢驗的廣義相對論、量子電動力學和電弱統一理論都來源於定域對稱性。也就是說：萬有引力相互作用、電磁相互作用和弱相互作用都來源於定域對稱性。
