In natura esistono quattro interazioni fondamentali, che sono alla base degli scambi di energia tra le particelle e che sono responsabili della struttura dell'Universo. Queste sono:

1. l'interazione elettromagnetica,
2. l'interazione forte
3. l'interazione debole
4. l'interazione gravitazionale

Prima di introdurle brevemente sono necessarie alcune piccole premesse.
Come già accennato il Modello Standard descrive le interazioni tra le particelle fondamentali come uno scambio di una o più particelle mediatrici di forza che sono chiamate bosoni intermedi o quanti del campo di interazione. Queste particelle, trasportatrici dell'energia dell'interazione, vengono emesse e riassorbite dalle particelle interagenti.

Per descrivere un'interazione è importante definire due quantità: il raggio d'azione e l'intensità.
Il raggio d'azione di un'interazione è la distanza massima alla quale essa è influente. Ad esempio l'interazione gravitazionale ha un raggio d'azione infinito; per questo motivo il sole esercita la sua forza anche su pianeti lontanissimi come Plutone.
L'intensità fornisce una misura dei rapporti di forza tra le interazioni

L'interazione elettromagnetica è responsabile della struttura atomica e molecolare della materia e si manifesta nella nostra vita quotidiana in molti modi, dall'energia elettrica che utilizziamo nelle nostre case per accendere la luce e i vari elettrodomestici, ai segnali che portano nelle nostre case i programmi televisivi e radiofonici e ci permettono di comunicare con i nostri amici tramite il telefono cellulare.
Al livello microscopico l'interazione elettromagnetica si manifesta tra tutte le particelle dotate di Carica elettrica diversa da zero ed ha come mediatore dell'interazione bosone intermedio) il fotone.

Due particelle con la stessa carica elettrica (ad es. due elettroni) si respingono reciprocamente.
Ma come avviene la repulsione? L'interazione fra due elettroni implica un fascio di fotoni (portatori della forza elettromagnetica) che passano da un elettrone all'altro e viceversa.  Pensiamo a questi fotoni come a una grandinata di pallottole di mitragliatrice ... allora ogni elettrone che emette un fascio di fotoni rincula, mentre al tempo stesso ogni elettrone che e' colpito da un fascio di fotoni è spinto via. Non sorprende che i due elettroni si respingono!

Più difficile è capire perché particelle di carica opposta (per esempio un elettrone e un protone) si attraggono, ma è proprio questo ciò che accade. Un'analogia che potrebbe esserci d'aiuto consiste nel pensare a un gruppo di atleti impegnati in un allenamento, che corrono lanciandosi reciprocamente una palla medicinale.  Essi tendono ad avvicinarsi tra di loro perché altrimenti non sarebbero in grado di lanciarsi una palla cosi pesante! Al contrario nel mondo microscopico delle particelle, quest'attrazione funziona attraverso lo scambio di particelle molto leggere, come sono i fotoni che hanno massa nulla! Un flusso di fotoni emessi da un elettrone entrando in collisione con un protone, non lo spinge via ma lo attrae verso l'elettrone, e viceversa.
Poiché hanno massa nulla, i fotoni una volta prodotti possono propagarsi su distanze enormi, anche percorrere l'intero universo! In altre parole il raggio d'azione dell'interazione elettromagnetica è infinito.
Inoltre l'intensità dell'interazione elettromagnetica diminuisce tanto più le particelle interagenti si allontanano tra di loro.

Abbiamo accennato che l'interazione elettromagnetica è responsabile della coesione tra gli elettroni e il nucleo negli atomi. Quando si scende alla scala del nucleo atomico, i protoni e i neutroni sono tenuti insieme da un'altra forza, l'interazione forte che impedisce al nucleo di disintegrarsi in conseguenza della repulsione elettromagnetica tra i protoni del nucleo. L'interazione forte non è però connessa direttamente a neutroni e protoni , bensì a uno strato di struttura più profondo al loro interno, al livello dei quark.

Ogni protone e neutrone è composto invariabilmente di tre quark. Il carattere più interessante dei quark è che essi non vengono mai osservati isolatamente ma solo in triplette (particelle indicate con il nome di barioni, protoni e neutroni sono barioni) e coppie (particelle indicate con il nome di mesoni.

I quark sono tenuti uniti dallo scambio delle particelle mediatrici della forza forte. Quando si trattò di dare un nome a queste particelle, i fisici chiamarono queste particelle gluoni perché incollano i quark l'uno all'altro.
Anziché pensare ai gluoni fra due quark come a un fascio di particelle, dobbiamo immaginarli come un robusto elastico che unisce i quark. Quando i quark sono vicini, l'elastico è allentato e i quark possono muoversi l'uno relativamente all'altro, ma quando i quark cercano di allontanarsi fra loro (anche disponendosi semplicemente ai due lati opposti di un protone) l'elastico si tende e li attrae l'uno verso l'altro. Quanto più essi si allontanano tanto più l'elastico si tende, e tanto più fortemente essi sono attratti.

Quindi l'intensità dell'interazione forte aumenta all'aumentare della distanza delle particelle interagenti (i quark in un barione o in un mesone) ma il raggio d'azione dell'interazione forte è estremamente piccolo, sufficiente per garantire l'integrità dei nuclei atomici, circa 1 fm (10^-15 m).
Così come l'interazione elettromagnetica avviene solo tra particelle dotate di carica elettrica, l'interazione forte avviene solo tra particelle composte di quark. Ciò è dovuto al fatto che i quarks trasportano un nuovo tipo di carica, la carica di colore.
Diversamente dalla carica elettrica, la carica di colore non si presenta nel mondo quoditiano.
È chiamata carica di colore perché le regole per combinare i quark in barioni (particelle con tre quark) e/o in mesoni (particelle con due quark) ricordano le regole per ottenere la luce bianca dai colori primari, ma in realtà questo tipo di carica non ha alcuna vera connessione con i colori reali.

La forza debole è quella che si discosta di più dalla nozione di forza della nostra esperienza quoditiana. L'interazione debole non contribuisce tanto alla coesione della materia quanto alla sua trasformazione. Come esempio consideriamo una particolare manifestazione delle interazioni deboli, il decadimento beta:
la trasfomazione di un neutrone in un protone più un elettrone e un antineutrino elettrone.

Seguiamo le singole fasi di questa trasformazione:

fase 2: un quark down interagisce con il campo associato dell'interazione debole ed emette il mediatore di quel campo, il bosone intermedio W, trasformandosi in un quark up.

Nota: la carica iniziale del quark down è -1/3, mentre la carica finale è la somma della carica del quark up (2/3) e del bosone W (-1). Questo vuol dire che la carica totale in un processo di trasformazione o come tecnicamente si dice di decadimento debole, si conserva.

fase 3:

il neutrone iniziale è ora diventato un protone (ricordiamo che un protone è composto di due quark up e di uno down)

fase 4 :

il bosone W decade in un elettrone (carica elettrica -1) e in un anti-neutrino privo di carica elettrica. Anche in questo passaggio la carica elettrica è conservata.

alla fine: nello stato finale l'elettrone e l'antineutrino si allontanano dal protone.

Il processo appena descritto è alla base del fenomeno della radioattività di alcuni atomi come l'Uranio 238.

In generale le interazioni deboli sono responsabili del decadimento di quark e leptoni. Le particelle mediatrici delle interazioni deboli sono due bosoni W, uno con carica elettrica positiva ed uno con carica elettrica negativa, e un bosone Z con carica elettrica nulla, tutti e tre hanno massa diversa da zero. Il raggio d'azione della forza debole è estremamente piccolo, al limite possiamo dire che è puntiforme, cosicché è improbabile che due particelle si trovino abbastanza vicine da sentire l'una la forza dell'altra. Il raggio d'azione della forza è così piccolo perché i bosoni W e Z che la mediano sono molto pesanti (il bosone W è 85 volte la massa del protone, mentre il bosone Z è 97 volte la massa del protone), così pesanti che è difficile per due particelle scambiarseli! Ne segue che anche l'intensità relativa delle interazioni deboli è estremamente piccola, tanto piccola che i processi di decadimento sono in generale eventi molto rari.

Negli anni Settanta le interazioni deboli ed elettromagnetiche sono state descritte in un unica teoria delle interazioni elettrodeboli.

La gravità è la più debole delle quattro forze, ma è quella a noi più familiare nella vita quoditiana e fu la prima a essere studiata scientificamente.
In qualsiasi pezzo di materia la gravità di tutte le singole particelle che lo compongono, si somma. Non esiste per la gravità una cancellazione come quella fra le cariche elettriche positive e negative in un atomo.
Quindi anche se molto minore di intesità delle altre forze, a livello macroscopico la gravità, proprio per la sua addittività, produce effetti molto grandi.

Il raggio d'azione della gravità è infinito come quello dell'elettromagnetismo, e come accade per l'interazione elettromagnetica, l'intensità dell'interazione gravitazionale diminuisce all'aumentare della distanza tra i corpi interagenti.

La gravità è chiaramente un'interazione fondamentale della natura, ma la teoria del Modello Standard non è ancora in grado di spiegarla e di inserirla in modo soddisfacente in un quadro completo delle quattro interazioni fondamentali. Questo è uno dei principali problemi aperti della fisica moderna. Nel febbraio 2016 c'è stata la rilevazione delle onde gravitazionali prodotte nell'ultima frazione di secondo del processo di fusione di due buchi neri, di massa equivalente a circa 29 e 36 masse solari.
Questa è la prova dell'esistenza dei gravitoni come mediatori della forza gravitazionale.