在1920年代，物理學家越來越清楚地認識到，原子是由帶負電荷的電子和帶正電荷的原子核組成的。這個模型雖然簡單易懂，但卻留下了一個大問題：如果同種電荷互相排斥，那么原子核中的質子為什么能緊密地堆積在一起？顯然，必須要有某種極強的力量才能克服這種排斥力。

1964年，默里·蓋爾曼提出，如果介子和其它傳遞強力相互作用的粒子由更小的基本粒子組成，則這個危機可以被化解。蓋爾曼以一本愛爾蘭小說中的術語來命名這些基本粒子：夸克。在他的理論模型中存在著三種類型的夸克：上夸克、下夸克和奇夸克。上夸克攜帶的電荷為2/3，下夸克和奇夸克攜帶的電荷為-1/3，它們的自旋都為1/2。

夸克模型提出，介子由夸克-反夸克對構成。由于物質和反物質會相互湮滅，所以介子不可能存活太長時間。夸克也可以三個為一組形成重子，例如質子和中子。質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，剛好攜帶一個正電荷；中子由一個上夸克和兩個下夸克組成，不攜帶電荷。

但是，三夸克的想法也有問題，它們之中至少有兩個具有相同的量子特性。根據泡利不相容原理，兩個具有相同量子特性的費米子不能同時存在于相同的位置。1964年，美國物理學家沃利·格林伯格提出，夸克還具有“顏色”這個額外的屬性。這是一種電荷的隱喻，一種顏色電荷。如果是這樣的話，它們會有不同的色電荷，因此它們不會違反泡利不相容原理。

有紅、綠、藍三種顏色的電荷，與我們所看到的顏色類似，為了獲得中性電荷，必須結合三種色電荷，就像當你結合可見的紅、綠和藍，就可以得到一個中性的白色一樣。在量子色動力學中，顏色必須是守恒的，也就是說，所有的顏色必須組合在一起才能得到一個中性的白色。這意味著任何含有色荷的粒子必須與其他粒子結合才能形成中性色。

這種粒子被稱為膠子，因為它的作用就像膠水把夸克粘在一起。這些膠子是如何工作的？類似于量子電動力學處理電荷和作為電磁力的中介粒子光子，量子色動力學處理的是色電荷和被稱為膠子的中介粒子。

當你試圖拉開兩個夸克時，強力就像是一個強大的彈簧，當你把它們分開得越遠，消耗的能量也就越多，這往往會把夸克拉回核子內部。這些膠子-膠子之間的相互作用將色場限制在稱為“通量管”的弦狀物體上，在被拉伸時就會施加恒定的力。但是，如果有足夠大的力來拉夸克，通量管就會斷裂，夸克就會被拉開。

但是拉開夸克所消耗的能量會導致一個令人驚訝的結果。在夸克從核子中拔出的那一瞬間，一個新的夸克就在原來的地方形成了。而這個剛被拔出的夸克，又會與新生成的反夸克組成介子。根據可用的能量大小，可以產生越來越多的介子。正是這些介子，介導了將質子和其它質子或中子結合起來的強力殘余。簡單來說，介子會引起核子之間的吸引力。

強力最重要的一個方面是，幾乎所有原子的質量都來自于量子色動力學，而不是希格斯場。我們以質子為例，質子由兩個上夸克和一個下夸克組成。希格斯場負責給夸克提供靜止質量，這種情況下兩個上夸克和一個下夸克總質量是9.1MeV。但測得的質子質量為983MeV，所以它的重量是它的組成粒子的100倍，這些額外的質量從何而來？

要記住，夸克和膠子在一個很小的范圍內快速移動，在這么小的體積中保持這么多的能量需要大量的結合能。正是結合能和動能的聯合，構成了原子質量的98%。