质子和中子的基本构成
质子和中子并非基本粒子，它们属于强子，由更基本的粒子——夸克和胶子构成。根据粒子物理学的标准模型，质子由两个上夸克和一个下夸克组成，而中子则由一个上夸克和两个下夸克组成。夸克带有分数电荷：上夸克带+2/3电荷，下夸克带-1/3电荷。因此，质子的总电荷为（+2/3 +2/3 -1/3）= +1，而中子的总电荷为（+2/3 -1/3 -1/3）= 0，呈电中性。这些夸克之间通过传递强相互作用力的媒介粒子——胶子紧密地束缚在一起。
强相互作用与内部结构
夸克和胶子之间的相互作用是自然界四种基本力中最强的——强相互作用，它由量子色动力学描述。胶子就像“胶水”一样，在夸克之间不断交换，产生强大的束缚力。值得注意的是，夸克永远无法被单独分离出来，这种现象被称为“夸克禁闭”。质子和中子的质量主要并非来自其内部夸克的静止质量，而是来自胶子场能量以及夸克运动所产生的巨大束缚能。这揭示了物质质量的深层来源。
更复杂的内部图景
现代高能物理实验表明，质子和中子的内部结构远比“三个夸克”的简单图像复杂。在极短的时间和空间尺度上，量子涨落会导致真空中不断产生和湮灭的夸克-反夸克对。因此，质子和中子内部实际上存在着一个动态的“夸克-胶子海”，三个主要的“价夸克”镶嵌在这个由胶子和不断涌现的“海夸克”构成的沸腾背景中。研究质子和中子的深层结构，是探索物质基本构成和宇宙起源的核心课题之一。