原子粒子又称亚原子粒子 现代粒子物理学的研究集中在亚原子粒子上。亚原子粒子的结构比原子要小，其中包括原子的组成部分如电子、质子和中子（质子和中子本身又是由夸克所组成的粒子）和放射和散射所造成的粒子如光子、中微子和渺子，以及许多其它奇特的粒子。 总地来说，次原子粒子可能是电子、中子、质子、介子、夸克、胶子、光子等等。 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。 今天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。标准模型是目前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。从1960年代以来实验物理学家已经发现和观察到了上百种合成粒子了。标准模型理论几乎与至今为止观察到的所有的实验数据相符合。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。最近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。
在1884年汤姆生年仅28岁，就担任英国剑桥大学卡文的斯(Cavendish)实验室的主任。这位被称为“年轻小伙子”自己也感到十分惊讶，想不到这位年轻人却使设备简陋的实验室转变成为世界上最负盛名的实验核子物理重镇。 汤姆生和他的学生拉塞福是最早证实空气被X射线游离。从这游离现象推导出游离辐射(放射线)，也就是由原子释出能量范围广大的电磁波和粒子辐射。汤姆生最负盛名的贡献是探讨阴极射线的性质，也就是电子的性质。他借着电场以偏转阴极射线;在过去是用磁场使它子偏转。他终于证实电子为带负电的粒子。接着他又测定电子的质量，约为氢原子核的二千分之一。在当时它子是被视为最小的粒子。 电子是属于次原子级的粒子，汤姆生是证明次原子级粒子存在的第一位，从此打开了次原子级的门户，导致他的高足拉塞福在核子物理领内的贡献。后来汤姆生证实电子和物质相互作用的结果会产生X射线，而X射线和物质相互作用的结果却会产生电子。 第一个原子模型也要归功于汤姆生，也就是闻名的“葡萄干布丁模型”。他绘出原子为一球形，充满了正电荷，同时也有相同数目的负电荷(电子)。在1906年汤姆生因在电子和气体导电两方面的卓越成就，获得诺贝尔物理奖。