تستخدم مسرعات الجسيمات مجالات كهربائية ومغناطيسية قوية لتسريع الجسيمات الأولية إلى سرعات تقترب من سرعة الضوء. وتتيح هذه الأجهزة اختبار تنبؤات النسبية الخاصة بدقة كبيرة، كما تساعد العلماء على دراسة البنية الأساسية للمادة والقوى الطبيعية من خلال تصادم الجسيمات عالية الطاقة.

تُستخدم مسرعات الجسيمات لدراسة بنية المادة بإكساب جسيمات مشحونة طاقات هائلة ثم توجيهها إلى أهداف ثابتة أو جعل حزمتين تتصادمان. وتقوم الحقول الكهربائية المتغيرة داخل تجاويف خاصة بزيادة طاقة الجسيمات، في حين تتولى المغناطيسات القوية ثني مسارات الحزم وتركيزها والمحافظة على استقرارها داخل الأنابيب.

تُقسم الحزم في المصادمات الدائرية إلى مجموعات صغيرة من الجسيمات تتحرك في اتجاهين متعاكسين، ثم تُضبط مساراتها لكي تتقابل وجهاً لوجه عند نقاط محددة داخل الكواشف. ويتيح التصادم المتعاكس استثمار طاقة الحركتين في إنتاج جسيمات جديدة، بدلاً من ضياع نسبة كبيرة من الطاقة في تحريك هدف ثابت إلى الأمام.

تعمل بعض مسرعات الجسيمات في أنفاق دائرية تسمح للحزم بالمرور مراراً عبر مناطق التسريع، فتزداد طاقتها تدريجياً قبل حدوث التصادم. ومن أمثلتها مصادم تيفاترون في مختبر فيرميلاب قرب شيكاغو، الذي بلغ محيطه نحو ٦.٣ كيلومترات، ومصادم الهادرونات الكبير في سيرن قرب جنيف، الذي يبلغ محيطه نحو ٢٧ كيلومتراً.

كثافة الجسيمات (عدد الجسيمات) مقياس لعدد الجسيمات في وحدة مكانية داخل وسط حامل للجسيمات؛ عادة تعبر الوحدة عن مقدار لكل حجم عندما يكون الوسط سائلاً أو غازياً، أو عن مقدار لكل مساحة حين تكون الجسيمات ثابتة أو مقيدة على سطح، وتستخدم في توصيف تركز الجسيمات وتوزعها وتأثيرها على خواص الوسط.