Μέχρι τη δεκαετία του 1960 οι επιστήμονες πίστευαν ότι οι δομικοί λίθοι της ύλης ήταν τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Όμως, ο Μάρεϋ Γκελ-Μαν το 1964 πρότεινε ότι και αυτά αποτελούνται από μικρότερα σωματίδια τα οποία ονόμασε κουάρκ. Η επιβεβαίωση αυτής της υπόθεσης ήλθε μετά από περίπου δυο δεκαετίες κατά τη διάρκεια των οποίων ανακαλύφθηκαν 6 διαφορετικά είδη κουάρκ μέσα από πειράματα που πραγματοποιήθηκαν σε επιταχυντές σωματιδίων στην Ευρώπη (στο CERN και στο DESY) και στην Αμερική (στο SLAC).

Δυο τύποι κουάρκ είναι αυτοί που κυριαρχούν στο σύμπαν, το άνω (up) και το κάτω (down) κουάρκ. Αυτά συνδυάζονται ανά 3 σε ομάδες και σχηματίζουν τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Τα πρωτόνια αποτελούνται από 2 άνω κουάρκ και 1 κάτω κουάρκ ενώ τα νετρόνια από 2 κάτω και 1 άνω.

Τα κουάρκ είναι φορτισμένα σωματίδια και το άνω έχει φορτίο +2/3 του φορτίου του ηλεκτρονίου ενώ το κάτω έχει -1/3. Έτσι εξηγείται και το + 1 θετικό φορτίο του πρωτονίου καθώς από τον συνδυασμό των 2 άνω και του 1 κάτω προκύπτει 2∙(+2/3)+(-1/3)=+1 και το μηδενικό φορτίο του νετρονίου αφού έχει 1 άνω και 2 κάτω, άρα, (+2/3)+2∙(-1/3)=0.

Έχουν ακόμα ανακαλυφθεί και πιστεύεται ότι υπήρχαν μετά τη μεγάλη έκρηξη (Big Bang) και τέσσερα άλλα είδη κουάρκ, τα οποία είναι όμοια ανά δυο με τα άνω και κάτω αλλά έχουν μεγαλύτερη μάζα από αυτά. Αυτά είναι το χαριτωμένο (charm) και το υψηλό (top) που μοιάζουν με το άνω και το παράξενο (strange) και το χαμηλό (bottom) που μοιάζουν με το κάτω. Είναι όμως πολύ ασταθή και ταχύτατα μετατρέπονται σε άνω και κάτω που είναι πιο σταθερά.

Τα κουάρκ μπορεί να θεωρούνται πλέον το βασικό συστατικό της ύλης αλλά δεν μπορούν να υπάρξουν ελεύθερα στη φύση χωρίς να σχηματίζουν ομάδες, δηλαδή, τα πρωτόνια, τα νετρόνια ή αλλά πιο σπάνια στοιχειώδη σωματίδια. Η μελέτη τους παρουσιάζει σημαντικό ενδιαφέρον γιατί πιστεύεται ότι μπορεί να ρίξει φως στη δημιουργία της μάζας και της ύλης τις πρώτες στιγμές δημιουργίας του σύμπαντος μετά τη μεγάλη έκρηξη.