原子核物理學的三大領域除了分類與分析原子核的結構和帶動相應的核子技術進展之外，還有一個領域是?
研究各類次原子粒子與它們之間的關係
還原論是將世界上的事物的解釋簡化到一些基礎的理論的哲學觀點。在粒子物理學這個觀點是提出一個可以解釋世界上的一切的一種最基礎的物理理論，或者用一個比較大眾化的語言來說，來尋找一個概括宇宙一切的公式。但在粒子物理學的發展過程中也一直有人批評這種極端的還原論。這些批評者中有粒子物理學家、化學家、生物學家、固態物理學家和整體論者。他們並不向標準模型理論本身挑戰，但他們認為基本粒子的特性並不一定也是它們所組成的原子、分子或更大的結構的特性，尤其是它們並不能表達很多粒子組成的系統的特性。基於混沌理論，一些批評者認為即使物理學家完全認識基本粒子的所有的特性的話，人們以此不能完全理解所有的自然的過程；另一些批評者懷疑人們能夠完全理解基本粒子的特性。
現代粒子物理學的研究集中在亞原子粒子上。這些粒子的結構比原子要小，其中包括原子的組成部分如電子、質子和中子和放射和散射所造成的粒子如光子、微中子和緲子，以及許多其它奇特的粒子。嚴格地說粒子這個稱呼不精確，粒子物理學中研究的所有的物體都遵守量子力學的規則，它們都顯示波粒二象性，根據不同的實驗條件它們顯示粒子的特性或波的特性。在物理理論中，它們既非粒子也非波，理論學家用希爾伯特空間中的狀態向量來描寫它們，詳細的理論基礎為量子場論。但按照粒子物理學的常規在這篇文章中這些物體依然被稱為粒子，雖然這些粒子也具有波的特性。
原子核物理學是研究原子核成分和交互作用的物理學領域。它主要有三大領域：研究各類次原子粒子與它們之間的關係、分類與分析原子核的結構並帶動相應的核子技術進展。原子核物理學最常見的和有名的應用是核能發電的和核武器的技術，但研究還提供了在許多領域的應用，包括核醫學和核磁共振成像，材料工程的離子注入，以及地質學和考古學中的放射性碳定年法。粒子物理學領域是從原子核物理學演變出來的，並且通常被講授與原子核物理學密切相關。1907年歐內斯特·拉塞福發表了論文「來自鐳輻射的α粒子穿過物質。」1932年查德威克意識到被瓦爾特·博特，赫伯特·貝克爾，伊雷娜和弗雷德里克·約里奧-居禮觀察到的輻射，實際上是因為與質子有著相同質量的中性粒子，他稱之為中子。1935年湯川秀樹提出的強作用力的第一個顯著理論來解釋如何原子核保持在一起。在湯川耦合虛擬粒子，後來被稱為介子，介導所有的核子之間的力，包括質子和中子。
粒子物理學是原子物理和原子核物理在高能領域的一個重要分支，相對於偏重於實驗觀測的原子核物理學，粒子物理更注重對基本粒子的物理本性的研究。就實驗方面而言，研究粒子物理所需的能量往往要比原子核物理所需的高得多，在回旋加速器發明以前，很多新粒子都是在宇宙射線中發現的，如正電子。1935年，日本物理學家湯川秀樹提出了第一個重要的核子間強交互作用的理論，從而解釋了原子核內的質子和中子如何束縛在一起的。在湯川的理論中，核子間的作用力是靠一種虛粒子——介子來完成的。介子所傳遞的強交互作用能夠解釋原子核為何不在質子間相對較弱的電磁斥力下崩塌，而介子本身具有的兩百多倍電子靜止質量也能解釋為什麼強交互作用相比於電磁交互作用具有短很多的作用範圍。1937年，安德森等人在宇宙射線中發現了質量約為電子靜止質量207倍的新粒子——緲子，人們起初以為緲子正是湯川預言的介子，從而稱之為μ介子。然而隨著研究發現，緲子和原子核的交互作用非常微弱，事實證明它只是一種輕子。1947年，英國布里斯托大學的物理學家塞西爾·鮑威爾等人通過對宇宙射線照相發現了質量約為電子靜止質量273倍的π介子，從而證實了湯川的預言。