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  π介子擁有0自旋,由第一代夸克組成。在夸克模型中,一個上夸克和一個反下夸克構成一個π,一個下夸克和一個反上夸克構成一個π,它們互為反粒子。中性的組合——上夸克和反上夸克、下夸克和反下夸克組成π,它們擁有相同的量子數,因而只能在疊加中出現。最低能量的疊加是π,它的反粒子就是自己。

  π介子擁有139.6MeV/c的質量,和2.6×10s的平均壽命。它們因弱作用而衰變。主要的衰變形式(佔99.9877%)是純輕子型衰變,變成一個μ子和一個μ中微子。  第二種衰變模式(佔0.0123%)是衰變成一個電子和一個電中微子。(由歐洲核子研究組織在1958年發現)  μM子型衰變對電子型衰變的抑制作用的係數大約是  formula_1  這是一種自旋效應,稱為螺旋抑制。  除了純輕子型衰變,還有一種由結構決定的放射性輕子型衰變。這種β衰變非常少見(機率大約是10),最終生成一箇中性π介子。

  π介子的質量稍小,是135.0 MeV/c,平均壽命則短得多,是8.4×10 s。它的衰變是由於電磁力的作用。它的主要衰變形式(佔98.798%)是衰變成兩個光子。  它的第二種衰變方式(佔1.198%)——達利茨衰變是衰變成一個光子和一對電子、正電子。  π介子衰變的機率在粒子物理學的分支,如手徵微擾理論中非常重要。這個比率可由π介子衰變常量("ƒ")表示,大約是90 MeV。

  湯川秀樹在1935年的理論工作預測到了存在攜帶強核力的介子。在核力的作用範圍內(猜想是原子核的半徑),湯川秀樹預測這種粒子的質量約為100 MeV/c2。緊接著,在1936年發現了μ子之後,人們曾認為這就是湯川秀樹預測的粒子——它的質量是106 MeV/c2。但是,接下來的實驗表明,μ子並不參與強核力的作用。用現在的術語來講,μ子是一種輕子,而非介子。  在1947年第一個真正的介子——帶電的π介子在塞西爾·鮑威爾、塞薩爾·拉特斯和朱塞佩·奧基亞利尼的合作下在布裡斯托爾大學被發現。由於粒子加速器尚未誕生,高能量只能來自於大氣中的宇宙射線。研究者在很長一段時間之內都需要把感光乳膠放在海拔很高的地方(最初在比利牛斯山的南日比戈爾峰,後來搬到了安第斯山的卡考塔亞峰),以讓它暴露在高能射線中。在覆蓋好這些實驗品之後,研究者通過顯微鏡觀察到了帶電粒子的蹤影。π介子最初被它們異常的“雙介子”特性而被確認——它們衰變成另一種“介子”(μ子)。1948年,拉特斯和尤金·加德納采用加利福尼亞大學伯克利分校的粒子加速器,用α粒子轟擊碳原子,成功地人造出π介子  1949年,湯川秀樹因成功預測π介子而獲得諾貝爾物理學獎。次年,鮑威爾因發展了採用感光乳膠確定粒子的方法也獲得了同一獎項。  由於不帶電,中性π介子相對帶電的π介子來說很難發現:它在感光乳膠上沒有痕跡。它的存在是由它的衰變產物證明的——因此它被稱為電子和光子的“軟結合”。π的衰變產物——2個光子在1950年被伯克利的加速器確認;同年英國布裡斯托爾大學在宇宙射線氣球實驗中也發現了它。  π介子在宇宙論中也為宇宙射線能量增加了上限——GZK極限。  根據現代物理學對強相互作用的解釋(量子色動力學),π介子被認為是手徵對稱性破缺的戈德斯通玻色子的對應粒子。這解釋了π介子輕於其他介子(如η'介子,958 MeV/c2)的原因。根據戈德斯通定理的預測,如果構成它們的夸克沒有質量(符合手徵對稱性),那麼π介子的質量就為零。但是夸克實際上有一點質量,因此π介子質量也不大。  一些公共單位發現了π介子在輻射療法上的作用。這些單位包括洛斯阿拉莫斯國家實驗室——它用這種療法在1974年至1981年間治療了228位病人。
在粒子物理學中,π介子是以下三種次原子粒子之一:π、π和π。π介子是最重要的介子之一,在揭示強核力的低能量特性中起著重要的作用。