Atomfysikk
Denne fysikkgrenen tar for seg strukturen til atomkjernen og strålingen fra ustabile kjerner. Omtrent 10.000 ganger mindre enn atomet, bestanddelens partikler i kjernen, protoner og nøytroner, tiltrekker hverandre så sterkt av kjernekreftene at atomenergiene er omtrent 1.000.000 ganger større enn typiske atomenergier. Kvanteteori er nødvendig for å forstå kjernefysisk struktur.
I likhet med glade atomer kan ustabile radioaktive kjerner (enten naturlig forekommende eller kunstig produsert) avgi elektromagnetisk stråling. De energiske atomfotonene kalles gammastråler. Radioaktive kjerner slipper også ut andre partikler: negative og positive elektroner (betastråler), ledsaget av nøytrinoer, og heliumkjerner (alfa-stråler).
Et hovedforskningsverktøy innen kjernefysikk involverer bruk av stråler av partikler (f.eks. Protoner eller elektroner) rettet som prosjektiler mot kjernefysiske mål. Rekylering av partikler og eventuelle resulterende kjernefysiske fragmenter blir oppdaget, og deres retninger og energier blir analysert for å avsløre detaljer om kjernefysisk struktur og for å lære mer om den sterke kraften. En mye svakere atomkraft, den såkalte svake interaksjonen, er ansvarlig for utslipp av beta-stråler. Kjernekollisjonseksperimenter bruker bjelker av partikler med høyere energi, inkludert de av ustabile partikler kalt mesoner produsert av primære atomkollisjoner i akseleratorer kalt meson fabrikker. Utveksling av mesoner mellom protoner og nøytroner er direkte ansvarlig for den sterke styrken. (For mekanismen som ligger til grunn for mesoner, se nedenfor Grunnleggende krefter og felt.)
I radioaktivitet og i kollisjoner som fører til kjernefysisk sammenbrudd, endres den kjemiske identiteten til kjernefysiske mål hver gang det skjer en endring i kjernefysisk ladning. Ved fisjon og fusjon kjernefysiske reaksjoner hvor ustabile kjerner er henholdsvis delt opp i mindre kjerner eller amalgamert til større, overstiger energiffrigivelsen langt den for enhver kjemisk reaksjon.
