基本粒子的发现史
早在古希腊时期，亚里士多德相信宇宙中的所有物质是由四种基本元素即土、空气、火和水组成的。有两种力作用在这些元素上：引力，这是指土和水往下沉的趋势；浮力，这是指空气和火往上升的倾向。将宇宙的内容分割成物质和力的这种做法一直沿袭至今。亚里士多德认为物质是连续的，也就是说，人们可以将物质无限制分割成越来越小的小块，即人们永远不可能得到一个不可再分割下去的最小颗粒。然而几个希腊人，例如德谟克利特，则坚持物质的固有的颗粒性，而且认为每一件东西都是由不同种类的大量的原子所组成，在希腊文中原子的意义是“不可分的”。争论一直持续了好几个世纪，任何一方都没有任何实际的证据。直至1803年英国的化学家兼物理学家约翰·道尔顿指出，化合物总是以一定的比例结合而成的。这一事实可以用来解释所谓分子的单元是由原子组成的。然而，直到20世纪初这两种学派的争论以原子论的胜利而告终。爱因斯坦提供了一个重要的物理学证据。1905年，在他关于狭义相对论的著名论文发表前的几周，他在所发表的另一篇文章里指出，所谓的布朗运动——悬浮在液体中的尘埃小颗粒的无规则的、随机的运动——可以解释为液体原子和灰尘粒子碰撞的效应。
当时已经有人怀疑这些原子终究不是不可分割的。几年前，一位剑桥大学三一学院的研究员汤姆逊演示了一种称为电子的物质粒子存在的证据。电子所具有的质量比最轻粒子小1千倍。他使用了一种和现代电视晶体管相当类似的装置：由一根红热的金属细丝发射出电子，由于它们带负电荷，可用一电场使其加速飞到一个涂磷光物质的屏幕上。电子一打到屏幕上就会产生一束束的闪光。人们很快即意识到，这些电子必须从原子里出来。英国物理学家恩斯特·卢瑟福在1911年最后证明了物质的原子确实有内部结构：它们是由一个极其微小的带正电荷的核，以及围绕着它转动的一些电子组成。他是根据从放射性原子释放出的带正电荷的a粒子和原子碰撞会引起偏折这一现象，以及分析了此偏折的方式后而推出这一结论的。
直到30多年以前，人们还总以为质子和中子是“基本”粒子。但是，将质子和另外的质子或电子在高速度下碰撞的实验表明，它们事实上是由更小的粒子构成的。加州理工学院的牟雷·盖尔曼将这些粒子命名为夸克，他获得1969年的诺贝尔奖。此名字起源于詹姆斯·约依斯神秘的引语：“Three quarks for Muster Mark！”夸克这个字应发夸脱的音，但是最后的字母是k而不是t，通常和拉克（云雀）相押韵。至此，关于基本粒子的认证性工作已经结束，接下来的工作就是将这些粒子分类并研究它们的性质。
基本粒子的分类
基本粒子按照其质量、寿命、自旋以及参与的相互作用等性质，可分为轻子、强子（重子、介子），以及相互作用的传播子等。这些基本粒子所组成的基本粒子的世界中存在着四种相互作用，即引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。引力作用在微观世界中太弱，因此可以不考虑。基本粒子有几百种，绝大多数都不稳定，大部分为强子。在能量足够大时，所有的基本粒子都能转变为其他粒子，它们能够仅仅从动能产生，并能湮灭而转化为能量，譬如说转化为辐射。
所有的基本粒子可分为费米子与玻色子两类。费米子之间的玻色子的来回往返，产生了我们观察到的力。粒子不再是某种刚性实体，而是粒子和波的双重性质的物体。费米子包括夸克、轻子、强子，玻色子包括光子、引力子、胶子（传递粒子间相互作用的粒子）、氘核、α粒子等。
许多基本粒子都有和它质量相同而电荷相反的粒子——反物质。一个有质量的粒子和它的反粒子可以湮灭而形成能量，并且这样的对子可由能量产生出来。一个电子和正电子相遇时就转化为两个光子：这个过程叫“湮灭”。有人甚至称其为“物质湮灭给出能量”，但实际上这仅仅是物质之间的转换，能量形式之间的转换。光子的反粒子就是它本身。反粒子只能在高能碰撞中偶尔出现。
成束运动的基本粒子就形成了射线，重要的射线有以下几种：
α粒子：氦原子核，有很强的电离作用，贯穿能力很小，光速的十分之一。
β射线：高速运动的电子流，贯穿能力很强，电离作用弱。本来物理世界里没有左右之分的，但β射线却有左右之分。
γ射线：波长极短的电磁波，性质像X射线，贯穿能力更大，电离作用很小。
宇宙射线：是从宇宙空间射来的高能粒子，主要为质子等。
基本粒子世界的重要研究课题
可以肯定的是，基本粒子并不“基本”。上面所列的基本粒子还可以划分为更基本的集合，那就是轻子和夸克，所有的基本粒子都可以由六种轻子以及六种夸克构成，六种轻子就是上面所列的轻子，六种夸克分别为上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、顶夸克、底夸克。譬如质子就由两个上夸克和一个下夸克构成。但是由于实验上不能发现自由夸克，科学家正在试图将夸克继续分下去。这是基本粒子世界的一个重要研究课题。
基本粒子世界另外一个重要的研究问题就是引力子的寻找。1913年，物理学家爱因斯坦针对这个问题提出了万有引力场论。他认为任何物体周围都存在引力场，而引力场存在于弯曲的时空里，引力场是通过引力波传播，而引力波是通过引力子使物体相互吸引的。但这只是爱因斯坦的预言，引力子真的存在吗？这个问题成了物理学家们争论的焦点。看起来，只有找到引力子，才能证实爱因斯坦的新引力论。为了寻找引力子，科学家们做出了不懈的努力。有一些科学家在宇宙中寻找能产生引力子的源泉，并取得了进展。从1974年到1978年底，他们在波多黎各用天文望远镜，对15 000光年远的射电脉冲双星进行了观测，间接地证实了引力子的存在。