Znamy cztery rodzaje oddziaływania elementarnego między cząstkami: grawitacyjne, elektromagnetyczne, silne i słabe. Cząstki przenoszące oddziaływania są bozonami czyli mają spin całkowity i nie podlegają zakazowi Pauliego.


Występuje między każdymi ciałami posiadającymi masę. Opisywane jest prawem powszechnego ciążenia podanym przez Newtona. Nie stwierdzono odpychania grawitacyjnego. Jest to najsłabsze znane oddziaływanie. Przy oddziaływaniu między dwoma protonami siła grawitacyjna jest około 10³⁶ razy mniejsza od siły elektrostatycznej. Ma ona znaczenie przy oddziaływaniu ciał o bardzo dużych masach. Przy oddziaływaniach cząstek elementarnych ją pomijamy. Przypuszcza się, że oddziaływanie to przenoszone jest za pomocą pola grawitacyjnego, jednak jeszcze takiego pola nie wykryto. Hipotetyczną cząstką przenoszącą oddziaływanie grawitacyjne jest grawiton. Do tej pozy takiej cząstki nie zaobserwowano i nie wiemy czy istnieje. Oddziaływania tego nie opisuje Model Standardowy.


Odpowiada ono za siły działające między naładowanymi cząstkami - ładunkami dodatnimi i ujemnymi. Jednoimienne się odpychają, różnoimienne przyciągają. Oddziaływanie to odpowiedzialne jest za siły kontrolujące strukturę atomową, reakcje chemiczne i wszystkie zjawiska elektromagnetyczne. Niegdyś siły magnetyczne i elektromagnetyczne traktowano oddzielnie. Dopiero w XIX wieku Maxwell zdołał zebrać osobne do tej pory prawa w jeden zgrabny układ równań elektromagnetycznych. Okazało się, że zarówno elektryczność jak i magnetyzm to różne przejawy tej samej siły. Oddziaływanie elektromagnetyczne przenosi foton czyli kwant promieniowania elektromagnetycznego. Jest to cząstka poruszająca się z prędkością światła, mająca masę spoczynkową równą zero.


Jest około 100 razy silniejsze od oddziaływania elektromagnetycznego stąd jego nazwa. Działa tylko na niewielkie odległości rzędu 10^-15m działa między kwarkami. Cząstki przenoszące oddziaływanie silne nazywamy gluonami (ang. glue - klej).
Kwarki i gluony posiadają ładunek kolorowy zwany krótko kolorem. Są trzy rodzaje koloru: czerwony, zielony i niebieski oraz odpowiednie antykolorowe ładunki. dwa lub więcej kwarków umieszczonych blisko siebie wymienia gluony tworząc bardzo silne "pole kolorowe" łączące kwarki. Kwarki ciągle zmieniają swój kolor podczas wymiany gluonów z innymi kwarkami. Każdy kwark ma jeden z trzech kolorowych ładunków i każdy antykwark ma jeden z trzech antykolorowych ładunków. Gluony przenoszą pary ładunków kolor/antykolor (niekoniecznie tego samego rodzaju). Mamy 9 kombinacji par kolor/antykolor, ale jedna z nich jest wyeliminowana ze względu na symetrię. Istnieje więc osiem rodzajów gluonów. Gluony są bezmasowe, czyli ich masa spoczynkowa jest równa zero. Zasięg działania tych cząstek wynosi zaledwie 10^-18 m.
Pozostaje pytanie, co trzyma nukleony razem jeśli silne oddziaływanie łączy jedynie kwarki? Protony i neutrony jak wszystkie hadrony, są obiektami kolorowo obojętnymi. Należy jednak pamiętać, że hadrony, składają się z kolorowo naładowanych kwarków i antykwarków. Kwarki jednego protonu mogą się "sklejać" z kwarkami innego protonu, nawet gdy proton pozostaje kolorowo obojętny. Nazywamy to szczątkowym oddziaływaniem silnym. Oddziaływanie silne odpowiedzialne więc jest za siłę działającą między nukleonami, która powoduje ogromną trwałość jądra atomowego.
Oddziaływania silne opisuje kwantowa chromodynamika QCD (Quantum Chromodynamics). Próby rozwiązania równań chromodynamiki kwantowej napotykają wciąż na piętrzące się trudności.


Są one około 10¹⁰ słabsze od oddział. elektromagnetycznego i działają na bardzo małe odległości rzędu 10^-18m. W oddziaływaniach słabych uczestniczą wszystkie cząstki z wyjątkiem fotonu (i ewentualnie jeśli istnieje grawitonu). Kiedy kwark lub lepton zmienia rodzaj (przemienia się w inny) mówimy o zmianie zapachu. Wszystkie zmiany zapachu powodują oddziaływania słabe. Oddziaływanie słabe występuje więc między leptonami i odpowiedzialne jest za rozpad hadronów. Cząstkami przenoszącymi oddziaływania słabe są bozony pośredniczące: W⁺, W^- i Z. Bozony W mają ładunek elektryczny, zaś bozon Z jest obojętny. Co ciekawe wszystkie trzy bozony mają masę spoczynkową równą kilkudziesięciu masom protonu czyli ponad 150 tysięcy razy większą niż masa elktronu. Zasięg działania tych cząstek wynosi zaledwie 10^-18 m.
W latach pięćdziesiątych naszego wieku Sheldon Glasgow, Abdus Salam i Steven Weinberg wymyślili schemat, w którym udało się połączyć elektromagnetyzm ze słabymi siłami jądrowymi. Dziś ta zunifikowana teoria nosi nazwę oddziaływania elektrosłabego (QED).


Fizyków nurtuje obecnie problem skąd bierze się masa spoczynkowa cząstek elementarnych? Dlaczego masa cząstek jest taka, a nie inna? Dodatkowo jak sądzą fizycy na początku Wszechświata wszystkie cząstki nie miały masy. Aby objaśnić fenomen istnienia masy Model Standardowy zakłada istnienie pewnego kwantowego pola zwanego polem Higgsa, którego kwantem jest bozon Higgsa H. Pole to powinno przenikać cały Wszechświat. Cząstka Higga powinna wieć bardzo dużą masę, ponad 300 tysięcy razy większą od masy elktronu i dlatego bardzo trudno ją zaobserwować lub otrzymać. Zasięg działania tycz cząstyek jest bardzo mały.
Masy wszystkich cząstek biorą się z oddziaływań z polem Higgsa. Inaczej elektrony, kwarki, neutrina byłyby nieważkie jak kwanty świetlnego promieniowania (foton). Naukowcy obecnie próbują otrzymać bozon Higssa w akceleratorze LHC uruchomionym w 2008 roku w ośrodku badawczym Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN) pod Genewą.
Aby lepiej sobie wyobrazić pole Higgsa porównuje się do gęstego syropu, który wskutek obniżenia się temperatury Wszechświata skroplił się w całej objętości niczym mgła o poranku. Od tego czasu cząstki zaczęły grzęznąć, ale nie wszystkie jednakowo. Pewnym cząstkom syrop stawia większy opór, innym mniejszy, a niektóre jak fotony w ogóle go nie zauważają. Obecna masa cząstek jest właśnie miarą tego oporu.

---