Hạt nhân nguyên tử, còn được gọi tắt là hạt nhân, là cấu trúc vật chất đậm đặc (có mật độ cực lớn - ), chiếm khối lượng chủ yếu (gần như là toàn bộ) của nguyên tử. Về cơ bản, theo các hiểu biết hiện nay thì hạt nhân nguyên tử có kích thước nằm trong vùng giới hạn bởi bán kính cỡ 10−15 m, được cấu tạo từ hai thành phần sau:

• Proton: là loại hạt mang điện tích +1, có khối lượng bằng 1.67262158 × 10−27 kg (938.278 MeV/c²) và spin +1/2. Trong tiếng Hy Lạp, proton có nghĩa là "thứ nhất". Proton tự do có thời gian sống rất lớn, gần như là bền vĩnh viễn. Tuy nhiên quan điểm này vẫn còn một số hoài nghi trong vật lý hiện đại.
• Neutron: là loại hạt không mang điện tích, có khối lượng bằng 1.67492716 × 10−27 kg (939.571 MeV/c²) và spin +1/2, tức là lớn hơn khối lượng của proton chút ít. Nơtron tự do có thời gian sống cỡ 10 đến 15 phút và sau đó nhanh chóng phân rã thành một proton, một điện tử (electron) và một phản nơtrino