I nuclei atomici degli elementi (ad eccezione del più comune isotopo dell'idrogeno, che consiste di un singolo protone) sono composti da protoni e neutroni.

Al di fuori del nucleo, i neutroni sono instabili ed hanno una emivita di circa 15 minuti. Decadono in un protone, emettendo un elettrone e un antineutrino. Lo stesso tipo di decadimento (decadimento beta) si verifica in alcuni nuclei. Le particelle all'interno del nucleo si trasformano continuamente da protoni a neutroni e viceversa, tramite emissione ed assorbimento di pioni. Il neutrone è classificato come barione, e consiste di due quark down e un quark up.