Bis ins 20. Jahrhundert hinein war es unter Philosophen wie auch unter Naturwissenschaftlern umstritten, ob die Materie ein Kontinuum sei, das unendlich fein unterteilt werden könne, oder aus elementaren Teilchen aufgebaut ist, die nicht weiter in kleinere Stücke zerteilt werden können. Solche Teilchen wurden von alters her „Atom“ genannt (von griechisch ἄτομος átomos, „das Unteilbare“), der Name Elementarteilchen (bzw. englisch elementary particle) taucht nicht vor den 1930er-Jahren auf. Früheste bekannte philosophische Überlegungen zu Atomen stammen aus dem griechischen Altertum (Demokrit, Platon). Aus naturwissenschaftlicher Erkenntnis heraus ist dieser Begriff erstmals gegen 1800 mit dem heutigen Inhalt gefüllt worden, als sich nach John Daltons Werk in der Chemie die Einsicht durchzusetzen begann, dass jedes chemische Element aus untereinander gleichen Teilchen besteht. Sie wurden als Atome bezeichnet; dieser Name hat sich gehalten. Die vielfältigen Erscheinungsformen der bekannten Stoffe und ihre Verwandlungsmöglichkeiten konnten dadurch erklärt werden, dass sich die Atome nach einfachen Regeln in verschiedener Weise zu Molekülen verbinden. Die Atome selbst galten als unveränderlich, insbesondere als unzerstörbar. Dieses Bild führte ab 1860 in der kinetischen Gastheorie zu einer mechanischen Erklärung der Gasgesetze durch die ungeordnete Wärmebewegung vieler unsichtbar kleiner Teilchen. Daraus konnte u. a. die tatsächliche Größe der Moleküle bestimmt werden: Sie sind um viele Größenordnungen zu klein, um im Mikroskop sichtbar zu sein.

Dennoch wurde dieses Bild im 19. Jahrhundert als bloße „Atom-Hypothese“ bezeichnet und aus prinzipiellen Gründen kritisiert (siehe Artikel Atom). Es fand erst Anfang des 20. Jahrhunderts im Rahmen der Modernen Physik allgemeine Zustimmung. Einen Durchbruch bewirkte Albert Einstein 1905. Er leitete theoretisch ab, dass die unsichtbar kleinen Atome oder Moleküle aufgrund ihrer Wärmebewegung unregelmäßig mit größeren, schon unter dem Mikroskop sichtbaren Teilchen zusammenstoßen, so dass auch diese in ständiger Bewegung sind. Er konnte die Art der Bewegung dieser größeren Teilchen quantitativ vorhersagen, was ab 1907 durch Jean-Baptiste Perrin durch mikroskopische Beobachtungen an der Brownschen Bewegung und am Sedimentationsgleichgewicht bestätigt wurde. Dies gilt als erster physikalischer Nachweis der Existenz der Moleküle und Atome.

Zur gleichen Zeit ergab sich aber aus den Beobachtungen zur Radioaktivität, dass die Atome, wie sie in der Chemie definiert worden waren, in der Physik weder als unveränderlich noch als unteilbar betrachtet werden können. Vielmehr kann man die Atome in eine Atomhülle aus Elektronen und einen Atomkern unterteilen, der seinerseits aus Protonen und Neutronen zusammengesetzt ist. Daraufhin galten Elektron, Proton und Neutron als Elementarteilchen, alsbald zusammen mit zahlreichen weiteren Teilchenarten, die ab den 1930er Jahren in der kosmischen Strahlung (beispielsweise Myon, Pion, Kaon sowie Positron und weitere Arten Antiteilchen) und ab 1950 in Experimenten an Teilchenbeschleunigern entdeckt wurden.

Aufgrund ihrer großen Zahl und unübersichtlichen Eigenschaften und Beziehungen zueinander wurden alle diese Teilchenarten unter dem Namen „Teilchenzoo“ zusammengefasst, und es gab verbreitet Zweifel, ob sie alle wirklich elementar im Sinne von nicht zusammengesetzt sein könnten. Als erstes Merkmal für eine Einteilung entstand in den 1950er Jahren die Unterscheidung in Hadronen und Leptonen. Die Hadronen wie Proton und Neutron reagieren auf die Starke Wechselwirkung, die Leptonen wie das Elektron nur auf die elektromagnetische und/oder Schwache Wechselwirkung. Während die Leptonen bis heute als elementar gelten, konnten ab den 1970er Jahren in den Hadronen „kleinere“ Teilchen identifiziert werden, die Quarks. Die sechs Arten Quarks sind die nach dem Standardmodell wirklich elementaren Teilchen, aus denen zusammen mit Gluonen die zahlreichen Hadronen des Teilchenzoos aufgebaut sind.

Als Elementarteilchen galten bis zur Entdeckung der Quarks auch alle Arten von Hadronen, z. B. die Kernbausteine Proton, Neutron, das Pion und viele weitere. Wegen der großen Zahl verschiedener Arten sprach man vom „Teilchenzoo“. Die Hadronen werden auch heute noch häufig als Elementarteilchen bezeichnet, obwohl sie nach dem Standardmodell alle aus Quarks zusammengesetzt sind und z. B. auch einen messbaren Durchmesser von der Größenordnung 10−15 m haben. Zur Vermeidung von Verwechslungen werden die oben nach dem Standardmodell aufgeführten Elementarteilchen gelegentlich als fundamentale Elementarteilchen oder Fundamentalteilchen bezeichnet.

Elementarteilchen sind unteilbare subatomare Teilchen und die kleinsten bekannten Bausteine der Materie. Aus der Sicht der theoretischen Physik sind sie die geringsten Anregungsstufen bestimmter Felder. Nach dem heutigen durch Experimente gesicherten Wissen, das im Standardmodell der Elementarteilchenphysik zusammengefasst ist, gibt es

Dies ergibt zunächst 37 Elementarteilchen. Hinzu kommen Antiteilchen: 18 Anti-Quarks und 6 Anti-Leptonen.[Anm. 1] Bei den 8 Gluonen sind deren Antiteilchen bereits eingeschlossen. Die Teilchen Photon, Z0 und Higgs-Boson sind jeweils ihr eigenes Antiteilchen und W+ / W− sind ihre gegenseitigen Antiteilchen. In dieser Zählung ergeben sich also insgesamt 61 Arten von Elementarteilchen.

Die Materie und die Kraft- und Strahlungsfelder der starken, der schwachen und der elektromagnetischen Wechselwirkung bestehen aus diesen Teilchen in verschiedenen Zusammensetzungen und Zuständen. Beim Gravitationsfeld und den Gravitationswellen sind die zugrundeliegenden Teilchen – die Gravitonen (G) – bislang hypothetisch, bei der Dunklen Materie sind sie noch völlig unbekannt.

Die genannten Teilchen sind klein in dem Sinne,

  • dass man aus Experimenten noch keinerlei Anhaltspunkte für einen von Null verschiedenen Durchmesser gewinnen konnte. Theoretisch werden sie daher als punktförmig angenommen.
  • dass sie nach heutigem Wissensstand nicht aus noch kleineren Untereinheiten zusammengesetzt sind.
  • dass selbst ein kleines Objekt des Alltagslebens bereits Trilliarden (1021) dieser Teilchen enthält. Zum Beispiel besteht bereits ein Stecknadelkopf aus größenordnungsmäßig 1022 Elektronen und 1023 Quarks.

Alle Elementarteilchen zeigen die Eigenschaft, dass sie (unter Einhaltung bestimmter Erhaltungssätze) erzeugt und vernichtet werden können.