Die Baryonen und Mesonen sind komplexe subatomare Teilchen, die aus elementareren Objekten, den Quarks, aufgebaut sind. Sechs Arten von Quarks, zusammen mit den entsprechenden Antiquarks, sind notwendig, um alle bekannten Hadronen zu erklären. Die sechs Arten oder „Geschmacksrichtungen“ von Quarks haben die Namen up, down, charm, strange, top und bottom erhalten. Die Bedeutung dieser etwas ungewöhnlichen Namen ist nicht wichtig; sie sind aus einer Reihe von Gründen entstanden. Wichtig ist die Art und Weise, wie die Quarks auf verschiedenen Ebenen zur Materie beitragen, und die Eigenschaften, die sie haben.
Die Quarks sind insofern ungewöhnlich, als sie elektrische Ladungen tragen, die kleiner sind als e, die Größe der Ladung des Elektrons (1,6 × 10-19 Coulomb). Dies ist notwendig, damit sich die Quarks zusammenschließen können, um die korrekten elektrischen Ladungen für die beobachteten Teilchen zu erhalten, normalerweise 0, +e oder -e. Nur zwei Arten von Quarks sind für die Bildung von Protonen und Neutronen, den Bestandteilen der Atomkerne, notwendig. Dies sind das up-Quark mit einer Ladung von +2/3e und das down-Quark, das eine Ladung von -1/3e hat. Das Proton besteht aus zwei up-Quarks und einem down-Quark, was ihm eine Gesamtladung von +e verleiht. Das Neutron hingegen besteht aus einem up-Quark und zwei down-Quarks, so dass es eine Nettoladung von Null hat. Auch die anderen Eigenschaften der up- und down-Quarks addieren sich, um die gemessenen Werte für Proton und Neutron zu erhalten. Die Quarks haben zum Beispiel einen Spin von 1/2. Um ein Proton oder ein Neutron zu bilden, die ebenfalls einen Spin von 1/2 haben, müssen sich die Quarks so ausrichten, dass sich zwei der drei Spins gegenseitig aufheben, so dass ein Nettowert von 1/2 übrig bleibt.
Up- und Down-Quarks können sich auch zu anderen Teilchen als Protonen und Neutronen verbinden. Zum Beispiel können die Spins der drei Quarks so angeordnet werden, dass sie sich nicht aufheben. In diesem Fall bilden sie kurzlebige Resonanzzustände, die als Delta oder Δ bezeichnet werden. Die Deltas haben einen Spin von 3/2, und die Up- und Down-Quarks verbinden sich in vier möglichen Konfigurationen – uu, uud, udd und ddd, wobei u und d für up und down stehen. Die Ladungen dieser Δ-Zustände sind +2e, +e, 0 bzw. -e.
Die up- und down-Quarks können sich auch mit ihren Antiquarks zu Mesonen verbinden. Das pi-Meson oder Pion, das leichteste Meson und ein wichtiger Bestandteil der kosmischen Strahlung, existiert in drei Formen: mit der Ladung e (oder 1), mit der Ladung 0 und mit der Ladung -e (oder -1). Im positiven Zustand verbindet sich ein up-Quark mit einem down-Antiquark; ein down-Quark bildet zusammen mit einem up-Antiquark das negative Pion; und das neutrale Pion ist eine quantenmechanische Mischung aus zwei Zuständen – uu und dd, wobei der Balken über dem Buchstaben das Antiquark angibt.
Up und down sind die leichtesten Quarksorten. Etwas schwerer ist ein zweites Paar von Quarks, charm (c) und strange (s), mit Ladungen von +2/3e bzw. -1/3e. Ein drittes, noch schwereres Quarkpaar besteht aus top (oder truth, t) und bottom (oder beauty, b), ebenfalls mit Ladungen von +2/3e bzw. -1/3e. Diese schwereren Quarks und ihre Antiquarks verbinden sich mit up- und down-Quarks und untereinander, um eine Reihe von Hadronen zu erzeugen, von denen jedes schwerer ist als das grundlegende Proton und das Pion, die die leichtesten Arten von Baryonen bzw. Mesonen darstellen. Das Teilchen Lambda (Λ) zum Beispiel ist ein Baryon, das aus u-, d- und s-Quarks aufgebaut ist; es ist also wie das Neutron, nur dass das d-Quark durch ein s-Quark ersetzt wurde.