20世紀(jì)60年代，美國(guó)物理學(xué)家默里·蓋爾曼和G.茨威格各自獨(dú)立提出了中子、質(zhì)子這一類強(qiáng)子是由更基本的單元——夸克(quark)組成的，很多中國(guó)物理學(xué)家稱其為“層子”。它們具有分?jǐn)?shù)電荷，是電子電量的2/3或-1/3倍，自旋為1/2?！翱淇恕币辉~是由默里·蓋爾曼改編自詹姆斯·喬伊斯的小說(shuō)《芬尼根徹夜祭》(Finnegan's Wake)中的詩(shī)句。最初解釋強(qiáng)相互作用粒子的理論需要三種夸克，叫做夸克的三種味，它們分別是上夸克(up，u)、下夸克(down，d)和奇異夸克(strange，s)。1974年發(fā)現(xiàn)了J/ψ粒子，要求引入第四種夸克粲夸克(魅夸克)(charm，c)。1977年發(fā)現(xiàn)了Υ粒子，要求引入第五種夸克底夸克(bottom，b)。1994年發(fā)現(xiàn)第六種夸克頂夸克(top，t)，人們相信這是最后一種夸克。
夸克理論認(rèn)為，所有的重子都是由三個(gè)夸克組成的，反重子則是由三個(gè)相應(yīng)的反夸克組成的。比如質(zhì)子(uud)，中子(udd)?？淇死碚撨€預(yù)言了存在一種由三個(gè)奇異夸克組成的粒子(sss)，這種粒子于1964年在氫氣泡室中觀測(cè)到，叫做負(fù)ω粒子。
夸克按其特性分為三代，如下表所示：
符號(hào)中文名稱英文名稱電荷(e)質(zhì)量(GeV/c^2)
u 上夸克 up +2/3 0.004
d 下夸克 down -1/3 0.008
c 粲(魅)夸克 charm +2/3 1.5
s 奇異夸克 strange -1/3 0.15
t 頂夸克 top +2/3 176
b 底夸克 bottom -1/3 4.7
在量子色動(dòng)力學(xué)中，夸克除了具有“味”的特性外，還具有三種“色”的特性，分別是紅、綠和藍(lán)。這里“色”并非指夸克真的具有顏色，而是借“色”這一詞形象地比喻夸克本身的一種物理屬性。量子色動(dòng)力學(xué)認(rèn)為，一般物質(zhì)是沒(méi)有“色”的，組成重子的三種夸克的“顏色”分別為紅、綠和藍(lán)，因此疊加在一起就成了無(wú)色的。因此計(jì)入6種味和3種色的屬性，共有18種夸克，另有它們對(duì)應(yīng)的18種反夸克。
夸克理論還認(rèn)為，介子是由同色的一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成的束縛態(tài)。例如，日本物理學(xué)家湯川秀樹(shù)預(yù)言的[[π+介子]]是由一個(gè)上夸克和一個(gè)反下夸克組成的，π-介子則是由一個(gè)反上夸克和一個(gè)下夸克組成的，它們都是無(wú)色的。
除頂夸克外的五種夸克已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)它們的存在，華裔科學(xué)家丁肇中便因發(fā)現(xiàn)粲夸克而獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。近十年來(lái)高能粒子物理學(xué)家的主攻方向之一是頂夸克(t)。
至于1994年最新發(fā)現(xiàn)的第六種“頂夸克”，相信是最后一種，它的發(fā)現(xiàn)令科學(xué)家得出有關(guān)夸克子的完整圖像，有助研究在宇宙大爆炸之初少于一秒之內(nèi)宇宙如何演化，因?yàn)榇蟊ㄗ畛醍a(chǎn)生的高熱，會(huì)產(chǎn)生頂夸粒子。
研究顯示，有些恒星在演化末期可能會(huì)變成“夸克星”。當(dāng)星體抵受不住自身的萬(wàn)有引力不斷收縮時(shí)，密度大增會(huì)把夸克擠出來(lái)，最終一個(gè)太陽(yáng)大小的星體可能會(huì)萎縮到只有七、八公里那么大，但仍會(huì)發(fā)光。
夸克理論認(rèn)為，夸克都是被囚禁在粒子內(nèi)部的，不存在單獨(dú)的夸克。一些人據(jù)此提出反對(duì)意見(jiàn)，認(rèn)為夸克不是真實(shí)存在的。然而夸克理論做出的幾乎所有預(yù)言都與實(shí)驗(yàn)測(cè)量符合的很好，因此大部分研究者相信夸克理論是正確的。
1997年，俄國(guó)物理學(xué)家戴阿科諾夫等人預(yù)測(cè)，存在一種由五個(gè)夸克組成的粒子，質(zhì)量比氫原子大50％。2001年，日本物理學(xué)家在SP環(huán)－8加速器上用伽馬射線轟擊一片塑料時(shí)，發(fā)現(xiàn)了五夸克粒子存在的證據(jù)。隨后得到了美國(guó)托馬斯·杰裴遜國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室和莫斯科理論和實(shí)驗(yàn)物理研究所的物理學(xué)家們的證實(shí)。這種五夸克粒子是由2個(gè)上夸克、2個(gè)下夸克和一個(gè)反奇異夸克組成的，它并不違背粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型。這是第一次發(fā)現(xiàn)多于3個(gè)夸克組成的粒子。研究人員認(rèn)為，這種粒子可能僅是“五夸克”粒子家族中第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的成員，還有可能存在由4個(gè)或6個(gè)夸克組成的粒子。