Baryonerna och mesonerna är komplexa subatomära partiklar som byggs upp av mer elementära objekt, kvarkarna. Sex typer av kvarkar, tillsammans med motsvarande antikvarkar, är nödvändiga för att förklara alla kända hadroner. De sex sorterna, eller ”smakerna”, av kvark har fått namnen up, down, charm, strange, top och bottom. Betydelsen av dessa något ovanliga namn är inte viktig; de har uppstått av flera skäl. Vad som är viktigt är hur kvarkarna bidrar till materien på olika nivåer och vilka egenskaper de bär.
Kvarkarna är ovanliga eftersom de bär på elektriska laddningar som är mindre i storlek än e, storleken på elektronens laddning (1,6 × 10-19 coulomb). Detta är nödvändigt om kvarkarna ska kunna kombineras för att ge de observerade partiklarnas korrekta elektriska laddningar, vanligen 0, +e eller -e. Endast två typer av kvarkar är nödvändiga för att bygga upp protoner och neutroner, atomkärnornas beståndsdelar. Dessa är uppåtkvarken, med en laddning på +2/3e, och nedåtkvarken, som har en laddning på -1/3e. Protonerna består av två up-kvarkar och en down-kvark, vilket ger dem en total laddning på +e. Neutronen, å andra sidan, är uppbyggd av en up-kvark och två down-kvarkar, så att den har en nettoladdning på noll. De andra egenskaperna hos up- och downkvarkarna adderas också till varandra för att ge de uppmätta värdena för protonen och neutronen. Kvarkarna har t.ex. spinn på 1/2. För att bilda en proton eller en neutron, som också har spinn 1/2, måste kvarkarna rikta in sig på ett sådant sätt att två av de tre spinnen upphäver varandra, så att nettovärdet blir 1/2.
Upp- och nedkvarkar kan också kombineras för att bilda andra partiklar än protoner och neutroner. Till exempel kan de tre kvarkarnas spinn ordnas så att de inte upphäver varandra. I detta fall bildar de kortlivade resonanstillstånd, som har fått namnet delta, eller Δ. Deltorna har spinnet 3/2, och upp- och nedkvarkarna kombineras i fyra möjliga konfigurationer -uuu, uud, udd och ddd – där u och d står för upp och ned. Laddningarna för dessa Δ-tillstånd är +2e, +e, 0 respektive -e.
De uppåt- och nedåtriktade kvarkarna kan också kombinera sig med sina antikvarker för att bilda mesoner. Pi-mesonen, eller pion, som är den lättaste mesonen och en viktig komponent i kosmisk strålning, finns i tre former: med laddning e (eller 1), med laddning 0 och med laddning -e (eller -1). I det positiva tillståndet kombineras en up-kvark med en down-antikvark; en down-kvark tillsammans med en up-antikvark bildar den negativa pionen; och den neutrala pionen är en kvantmekanisk blandning av två tillstånd -uu och dd, där strecket över bokstavens topp anger antikvarken.
Upp och down är de lättaste varianterna av kvarkar. Något tyngre är ett andra par kvarkar, charm (c) och strange (s), med laddningar på +2/3e respektive -1/3e. Ett tredje, ännu tyngre kvarkpar består av top (eller sanning, t) och bottom (eller skönhet, b), återigen med laddningar på +2/3e respektive -1/3e. Dessa tyngre kvarkar och deras antikvarkar kombineras med up- och downkvarkar och med varandra för att producera en rad hadroner, som var och en är tyngre än de grundläggande protonerna och pionerna, som representerar de lättaste varianterna av baryon respektive meson. Till exempel är den partikel som kallas lambda (Λ) en baryon som är uppbyggd av u-, d- och s-kvarkar; den är alltså som neutronen men med en d-kvark ersatt av en s-kvark.