Le noyau atomique se compose de deux types de particules : les protons et les neutrons, collectivement appelés nucléons. Le nombre de protons dans le noyau détermine l'élément chimique, par exemple, l'hydrogène a un proton, tandis que l'oxygène en a huit. Le nombre de neutrons peut varier parmi les atomes d'un même élément, ce qui conduit à la formation d'isotopes.

Au sein du noyau, les protons et neutrons sont maintenus ensemble par la force nucléaire forte, qui est l'une des quatre forces fondamentales de la nature. Cette force est extrêmement puissante à très courte distance, dépassant la répulsion électrostatique qui existe entre les protons chargés positivement.

La stabilité d'un noyau atomique dépend du rapport entre les protons et les neutrons. Un noyau instable peut subir des transformations en émettant des particules, un processus connu sous le nom de désintégration radioactive. Le passage d'un état de haute énergie à un état de basse énergie peut également libérer de grandes quantités d'énergie sous la forme de rayonnements.

La physique nucléaire étudie les noyaux d'atomes et les interactions qui en découlent. Elle trouve des applications dans différents domaines tels que la production d'énergie (centrales nucléaires) et la médecine (imagerie médicale et radiothérapie). La fission nucléaire, par exemple, est un processus par lequel le noyau d'un atome se divise en plusieurs parties plus légères, libérant une grande quantité d'énergie.