Para la cromodinámica cuántica el protón es una partícula formada por la unión estable de tres quarks. El protón y el neutrón, en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los átomos.
La clave de la estabilidad radica en que el núcleo del átomo sea lo más esférico posible, algo que, según Seaborg, puede ocurrir si posee al menos 298 nucleones (la suma de los protones y los neutrones).
Por ejemplo los sistemas de partículas ligados por interacciones cuyo movimiento está siempre dentro de una región finita del espacio se pueden describir mediante funciones de onda normalizables, así los electrones ligados de un átomo o una molécula se describen mediante funciones de onda normalizada y también los nucleones dentro del núcleo atómico.
Si este haz impacta en materia, el K 0 y su antipartícula interaccionan de diferente modo con los núcleos. El K 0 sufre una dispersión cuasi-elástica con los nucleones, mientras que su antipartícula puede crear hiperiones.
Esto explicaría por qué sus masas son tan similares, con el neutrón siendo sólo un 0,1% más pesado que el protón. Se podría decir que los nucleones se encuentran en la línea donde la física de partículas y la física nuclear se entremezclan.
Sin embargo, cuando varios nucleones se unen para formar un núcleo atómico (nucleido), estas ecuaciones fundamentales se vuelven muy difíciles de resolver (ver retículo QCD).
La interacción fuerte es muy intensa, pero su alcance es muy corto. Esto propicia configuraciones (agregados) de protones y neutrones (nucleones) dentro del núcleo.
Es decir que para átomos más pesados que el hierro la energía de ligadura repartida entre los nucleones constituyentes de los núcleos (protones y neutrones) es menor.
Hasta los años 60, los nucleones fueron considerados partículas elementales, posteriormente se postuló que podrían estar formadas por quarks, y la evidencia sólida de que estaban formados por constituyentes discernibles apareció en la década de los 70.
Se puede imaginar este fenómeno como una partícula α atrapada en un pozo de potencial cuántico generado por el resto de nucleones del átomo, donde el potencial coulombiano más allá del radio del átomo es dominante.
Sin embargo, gracias a los «números mágicos», números enteros de nucleones dispuestos en capa completa que aportan estabilidad extra a núcleos pesados, la estabilidad nuclear aumenta en los elementos 110 a 114, dando lugar a lo que se conoce como «isla de estabilidad».
Actualmente se sabe que son partículas compuestas, cada una formada por tres quarks unidos mediante la fuerza fuerte transmtida por gluones. La masa de los nucleones está asociada tanto a las propias masas de los quarks como al campo de gluones.