Depuis le début du 20e siècle, les physiciens ont reconnu quatre forces fondamentales, ou interactions, qui englobent tous les phénomènes connus dans la nature. Trois sur quatre ont été caractérisées rigoureusement et mathématiquement par le modèle standard, formulée dans les années 1970. Les quatre forces sont la force nucléaire forte (également connu sous le nom de force de couleur), la force nucléaire faible (désintégration bêta sert d'intermédiaire), la force électromagnétique et la gravité.
Aux très hautes énergies, le nucléaire faible et la force électromagnétique unite (commencer à se comporter de façon interchangeable), tout en forces plus élevées encore, on croit que la force forte s'unit avec l’électrofaible, et enfin, la force électrofaible forte s'unit avec gravité. On croit que les quatre étaient réunis un instant après le Big Bang, dans les premières étapes de la formation de l'univers.
La force nucléaire forte maintient ensemble les protons et les neutrons dans le noyau atomique. Plus précisément, elle est médiatisée par l'échange de gluons entre quarks qui composent les protons et les neutrons. Il est 100 fois plus fort que la force électromagnétique. Lorsque les noyaux sont écrasés dans les réactions nucléaires, l'énergie de cette force est relâchée. Décrit par la théorie de la physique appelée la chromodynamique quantique, il perd toute sa force à des distances beaucoup plus larges que le noyau atomique.
La force électromagnétique est celle avec laquelle les gens sont plus familiers, et il est responsable de toutes les réactions chimiques et les propriétés physiques les plus reconnaissables, comme la lumière. Il est médiée par des photons qui composent la totalité du rayonnement électromagnétique, des rayons cosmiques à la lumière visible à des températures extrêmement basses fréquences des ondes radio. À la fois de la chaleur et de la lumière sont constitués de photons.
Interactions de force électromagnétiques sont déterminées par la charge électrique. La raison pour laquelle les gens ne tombent pas dans une chaise alors qu'il était assis sur elle, c'est que la charge négative des couches électroniques atomiques qui composent le corps sont repoussés par la charge négative des couches électroniques qui composent la chaise. Vagues de photons diminue en intensité selon le carré de la distance de leur source.
La force nucléaire faible est responsable d'une gamme relativement restreinte des interactions fondamentales. Il transmet la désintégration bêta, qui est ce qui arrive quand un neutron se décompose en un proton et un électron ou positron. Médiée par bosons W et Z, il est à une centaine de milliards de fois plus faible que la électromagnétique. Il ne fonctionne que sur de courtes distances.
La gravité est le plus faible de toutes les forces, mais la plus répandue dans l'univers car elle est générée par tous les organismes ayant une masse. La gravité est plus faible que 1036 fois la force électromagnétique, ce qui rend difficile d'analyser mathématiquement. Les particules pensé à la médiation gravité - gravitons - n'ont pas encore été détecté. La gravité est également distinct des autres forces en ce qu'elle n'a pas encore été intégrés avec les autres d'une manière mathématique rigoureuse. Les physiciens ont cherché une théorie pour unifier la gravité avec les autres forces pour près d'un siècle, sans succès jusqu'à présent.