فیزیک هسته‌ای
بایستی بین فیزیک اتمی و فیزیک هسته ای تفاوت قائل شد. فیزیک اتمی به بررسی ساختار اتم می‌پردازد و بیشتر اوقات می‌کوشد تا به آرایش الکترون‌ها پی ببرد و راهبردهای استفاده از الکترون به هر منظور را کشف و استفاده کند؛ ولیکن فیزیک هسته ای بر روی هسته اتم متمرکز است و سعی بر این دارد که از هسته که حاوی نوکلئون‌ها (پروتون‌ها و نوترون‌ها) و کوارک‌ها (ذرات کوچکتر درون پروتون‌ها و نوترون‌ها) است انرژی بدست آورد. البته کارهای دیگری نیز مانند تعیین نیمه عمر و … هستند که مخصوص فیزیکدانان هسته ای است. با این همه، اکثریت فیزیک اتمی و هسته ای را یکی می‌شمارند.
فرمول‌بندی ریاضی مکانیک کوانتم
علاوه بر دیگر خصوصیات ذره‌ها، آن‌ها خصوصیتی ذاتی به نام اسپین, یک "تکانه زاویه‌ای ذاتی" دارند. برخلاف نام، اسپین به این معنی نیست که ذرات حول محوری می‌چرخند (اسپین در زبان انگلیسی به معنی چرخیدن است). اسپین مکانیک کوانتمی هیچ معادلی در فیزیک کلاسیک ندارد. برای بیان اسپین، یک تابع موج بدون اسپین در موقعیت و زمان به عنوان متغیرهایی پیوسته به شکل روبه‌رو بیان می‌شود: , برای بیان حالت اسپین‌دار آن، متغیر گسسته‌ای برای اسپین اضافه می‌شود: , که حاوی مقادیر است;