Hiukkasfysiikan nopean kehityksen ansiosta aineen perusrakenteet tunnetaan jo varsin hyvin. Euroopan ydintutkimuskeskus CERN on terävimmässä kärjessä aineen rakennusosien tutkimisessa. Vain muutamassa vuosikymmenessä hiukkasfyysikot ovat pystyneet osoittamaan, että aine koostuu melkoisesta joukosta alkeishiukkasia. Painovoiman arvoitusta ei vielä ole pystytty selvittämään.
CERNin Suuren hadronitörmäyttimen nimi tulee siitä, että sillä törmäytetään toisiinsa protoneita. Hadronit ovat hiukkasia, jotka koostuvat kvarkeista. Näitä ovat protoni ja neutroni. LHC:llä tutkijat toivovat voivansa todistaa teorian olettaman Higgsin bosonin olemassaolon ja saavansa viitteitä pimeän aineen luonteesta sekä supersymmetriahiukkasista, joita oletetaan olleen olemassa sekunnin murto-osina ennen alkuräjähdyksen symmetriarikkoa.
Maailmankaikkeuden kaikki aine koostuu alkeishiukkasista. Jokaisella hiukkaslajilla on myös antihiukkanen. Alkeishiukkaset voi jakaa kolmeen ryhmään. Aineen muodostavat alkeishiukkaset ja perusvoimia välittävät alkeishiukkaset ovat kaiken tunnetun aineen rakenneosia.
Maailmankaikkeuden äärimmäisen tiheän ja kuuman alkuvaiheen aikana oli myös hiukkasia, joita havaitaan nykyisin vain kosmisessa säteilyssä ja hiukkaskiihdyttimissä. Niistä leptoneita ovat myoni ja tau sekä niiden neutriinot ja kvarkkeja epävakaat outo-kvarkki, lumo-kvarkki, huippu-kvarkki ja pohja-kvarkki.
Aineen muodostavat atomit koostuvat protonien ja neutronien muodostamasta ytimestä ja sitä kiertävistä elektroneista. Aineen rakennusosia ovat nykytietämyksen mukaan jakamattomina pidetyt kvarkit ja leptonit. Leptoneita ovat elektroni ja elektronin neutriino. Kvarkkeja on kuutta lajia, joista ylös-kvarkki ja alas-kvarkki ovat tavallisen aineen rakennusosia.
Voimia välittävät alkeishiukkaset ovat gluonit, fotonit, välibosonit ja gravitonit. Gluonit välittävät vahvaa ydinvoimaa, fotonit sähkömagneettista voimaa, välibosonit heikkoa ydinvoimaa ja teorian olettamat gravitonit painovoimaa. Painoima-aaltoja tai gravitoneja ei toistaiseksi ole havaittu.