科学家们将已经发现的粒子分为两大类。一类是不参与强相互作用的粒子统称为轻子。另一类是参与强相互作用的粒子统称为强子。已经发现的数百种粒子中绝大部分是强子。随着更多的新粒子不断被发现，各种粒子的数量不断增多，需要对它们进行更细的分类认识，分析彼此之间的关系（就象用元素周期表示对元素进行分类）。
　　1928年，狄拉克将相对论引入量子力学，他建立的狄拉克方程预言：存在与电子具有严格相同的质量，但是电荷符号相反的正电子。　　
　　1932年，安德森在宇宙线实验中观察到：高能光子穿过重原子核附近时可以转化为一个电子和一个质量与电子相同但带有单位正电荷的粒子（左图），从而发现了正电子。狄拉克对正电子的预言得到了实验的证实。　　
　　反粒子的存在是电子所特有的性质，还是所有的粒子都具有的普遍的性质呢？如果所有的粒子都有相应的反粒子，首先检验的应该是是否存在质子的反粒子、中子的反粒子。24年后的1956年，美国科学家张伯伦（Owen Chamberlain，1920-2006）（右图）等在加速器的实验中发现了反质子，即质量和质子相同，自旋量子数也是1/2，带一个单位负电荷的粒子，接着又发现了反中子。
　　1961年，盖尔曼在奇异数守恒定律的基础上将对称性运用于基本粒子的分类，即SU（3）对称性。他和以色列物理学家内曼（Yuval Neemann，1925-2006）各自独立地提出了强作用对称性的理论——八重法（eightfold way），按照这一方法，把有相近性质的强作用基本粒子分成一个个的族，并认为每个族成员应有8个。八重法很好地说明了强子的自旋、宇称、电荷、奇异数以及质量等性质的规律性（左图），可以把已知的全部基本粒子归类，并且还给未发现的粒子预留了位置，未发现粒子的特性可以从对称的粒子特性推出。　　
　　1964年，盖尔曼和兹韦格（George Zweig，1937-）（右图）在强子分类八重法的基础上分别提出了更复杂的夸克模型（相当于基本粒子的“周期表”），他认为中子、质子这一类强子是由更基本的单元——夸克（quark）组成的（一些中国物理学家称其为“层子”）。夸克与所有已知的亚原子粒子不同，它们带有分数电荷，例如：+2/3或-1/3（左图）。夸克都是两两成对、或三三成群，不可能单独被观测到。它们之间的结合是靠交换胶子，这就是著名的夸克模型。“夸克”一词是盖尔曼从乔伊斯的小说《芬尼根彻夜祭》(Finnegan's Wake)中的诗句改编而来的。
　　最初，用三种夸克及其反粒子就可以解释当时已发现的强相互作用的粒子，这三种夸克是上夸克（up，u）、下夸克（down，d）和奇异夸克(strange，s)。介子（p±，p0，K±，K0…）由正反夸克对（q`q）构成，重子（p，n，Λ，∑…）由三个夸克（qqq）构成。这里q代表夸克，`q代表反夸克。夸克具有分数电荷，以质子电荷为单位，u，d，s 的电荷分别为2/3，-1/3，-1/3。根据夸克模型，盖尔曼预言某个未发现的粒子应电荷为-1，奇异数为-3，质量为1680兆电子伏。
　　1964年，在氢气泡室实验中果然观测到了盖尔曼预言的新粒子，称为沃米格负（Ω-），并测得其质量为1672.45±0.29 MeV，与理论的预言完全一致。
　　虽然夸克模型取得了巨大成功，但科学家们对物质微观结构的研究并没有停止。
　　1974年，美国华裔科学家丁肇中（Samuel Chao Chung Ting，1936-）（左图）与美国科学家瑞奇特（Burton Richter，1931-）分别在实验中发现了一种新粒子，称为J/y粒子。它的质量为3.1GeV（1GeV=1000 MeV），比三个质子还重，但寿命却出奇的长。要想解释它，只能假定存在一种新的夸克——粲夸克（charm）（第四种夸克），用字母c来表示，其质量为1.5GeV。介子J/y由粲夸克与反粲夸克构成 （c`c）。
　　
　　1977年，美国物理学家莱德曼（Leon M. Lederman，1922-）（右图）又发现了一种长寿命的新介子¡，它的质量为9.5GeV，只能引入第五种夸克——取名为“美”（Beauty）或“底”（Bottom），用字母b代表。介子¡由底夸克和反底夸克构成 （d`d）。
　　
　　
　　
　　1994年，美国费米实验室的CDF组在质子-反质子对撞机上发现了一个最重的夸克，质量为176 GeV，取名为顶夸克（top），用字母t代表（左图为示意图）。科学家们相信这是最后一种夸克了，已经可以得出夸克的完整图像。
　　量子色动力学（QCD）理论认为，夸克都被囚禁在粒子内部，不存在单独的夸克。有人由此怀疑夸克是否真实存在。然而 这种理论做出的几乎所有预言都与实验测量符合的很好，大部分人相信此理论是正确的。
　　至此，实验已经证实存在六种不同的夸克，即 u, d, c, s, t, b，称之为六种不同的“味道”（flaver）（右图）。　　
　　1964年，美国科学家格林伯格（Oscar Wallace Greenberg）（左图 左）引入了夸克的一种自由度——“颜色”（color）的概念。这里的“颜色”并不是视觉感受到的颜色，而是一种新引入的 量子数的代名词，与电子带电荷相类似，夸克带颜色荷。这样，每味夸克就有三种颜色分别是红、绿和蓝（ 左图右）。
　　夸克的种类由原来的6种扩展到18种，再加上与它们对应的18种反夸克（右图），自然界一共有36种夸克。