อิเล็กตรอน
อิเล็กตรอน () (สัญลักษณ์ e) เป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ไม่มีใครรู้จักส่วนประกอบหรือโครงสร้างพื้นฐานของมัน; ในคำกล่าวอื่น ๆ เช่น คาดกันโดยทั่วไปว่ามันจะเป็นอนุภาคที่เป็นมูลฐาน อิเล็กตรอนมีมวลที่เป็นประมาณ 1/18636 เท่าของโปรตอน โมเมนตัมเชิงมุมภายใน (สปิน) ของอิเล็กตรอนเป็นค่าครึ่งจำนวนเต็มในหน่วยของ ħ ซึ่งหมายความว่ามันเป็น เฟอร์เมียน (fermion) ปฏิยานุภาคของอิเล็กตรอนเรียกว่าโพซิตรอน มันเป็นเหมือนกันกับอิเล็กตรอนยกเว้นแต่ว่าจะมีค่าประจุไฟฟ้าและอื่น ๆ ที่มีลักษณะตรงกันข้าม เมื่ออิเล็กตรอนชนกันกับโพซิตรอน อนุภาคทั้งสองอาจกระจัดกระจายออกจากกันและกัน หรือถูกประลัย (annihilate)โดยสิ้นเชิง การผลิตคู่ (หรือมากกว่านั้น) เกิดขึ้นจากโฟตอนรังสีแกมมา อิเล็กตรอน ซึ่งถือเป็นรุ่นแรกของตระกูลอนุภาคเลปตอน (lepton) มีส่วนร่วมในแรงโน้มถ่วง มีปฏิสัมพันธ์กับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงแบบอ่อน อิเล็กตรอนเช่นเดียวกับสสารทั้งหมด มีคุณสมบัติทางกลศาสตร์ควอนตัมของทั้งคู่อนุภาคและคลื่น วิ่งอยู่รอบๆ นิวเคลียสตามระดับพลังงานของอะตอมนั้นๆ โดยส่วนมากของอะตอม จำนวน อิเล็กตรอน ในอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีเท่ากับจำนวน โปรตอน เช่น ไฮโดรเจนมีโปรตอน 1 ตัว และอิเล็กตรอน 1 ตัว ฮีเลียมมีโปรตอน 2 ตัว และอิเล็กตรอน 2 ตัว
โพซิตรอน
ในปี 1928 พอล ดิแรก (Paul Dirac) ได้ตีพิมพ์รายงานวิจัยเสนอว่าอิเล็กตรอนสามารถมีได้ทั้งประจุบวกและพลังงานที่มีค่าลบ รายงานวิจัยนี้ได้แนะนำสมการดิแรก, การผสมผสานของกลศาสตร์ควอนตัม, ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและว่าด้วยแนวคิดใหม่ของอิเล็กตรอนสปินเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ซีแมน (Zeeman effect) รายงานวิจัยไม่ได้ทำนายถึงอนุภาคใหม่อย่างแน่ชัดนัก, แต่ก็ยังอนุญาตให้อิเล็กตรอนที่มีทั้งพลังงานที่เป็นบวกหรือลบเป็นวิธีสำหรับแก้ไขปัญหาอยู่ การแก้ปัญหาพลังงานที่มีค่าบวกถูกอธิบายได้ด้วยผลการทดลอง, แต่ก็ยังอนุญาตให้มีอิเล็กตรอนที่มีพลังงานบวกหรือลบอย่างใดอย่างหนึ่งเป็นวิธีในการแก้ไขปัญหา การแก้ปัญหาพลังงานในเชิงบวกถูกอธิบายได้ด้วยผลการทดลอง แต่ดิแรกก็ยังคงเกิดความฉงนสนเท่ห์กับการแก้ปัญหาพลังงานที่มีค่าเชิงลบที่มีความถูกต้องเท่าเทียมกันซึ่งแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ได้อนุญาตให้มีได้ กลศาสตร์ควอนตัมนั้นไม่อนุญาตให้มีการแก้ปัญหาเกี่ยวกับพลังงานที่มีค่าเป็นจำนวนติดลบได้, เหมือนดังเช่นกับในกลศาสตร์แบบดั้งเดิมที่มักจะได้กระทำกับในสมการที่เกี่ยวข้องกับพลังงานที่มีค่าติดลบดังกล่าว โดยที่จะเป็นแค่เพียงแค่ถูกละเว้นไว้ในฐานที่เข้าใจกัน ซึ่งทางออกของการแก้ปัญหาแบบคู่ขนานนี้ได้ส่อแสดงนัยให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการกระโดดข้ามไปมาตามธรรมชาติระหว่างสถานะของพลังงานที่เป็นบวกและลบของอิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม, การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นดังกล่าวก็ยังคงไม่ได้ถูกสังเกตการณ์โดยทางการทดลองทางฟิสิกส์แต่อย่างใด เขาได้พูดถึงปัญหาที่เกิดขึ้นจากความขัดแย้งกันระหว่างแนวคิดทางทฤษฎีและการสังเกตการณ์ทางการทดลองนี้ว่าเป็น "ความยากลำบาก" ที่ "ไม่อาจตัดสินใจได้"