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.

تحافظ مغناطيسات التوجيه والتركيز في مسرعات الجسيمات على بقاء الحزم ضمن مسارات دقيقة للغاية، لأن أي انحراف صغير قد يؤدي إلى اصطدام الجسيمات بجدران الأنبوب وفقدان الحزمة. وتستخدم المصادمات الحديثة مغناطيسات فائقة التوصيل تبرد إلى درجات شديدة الانخفاض لتوليد حقول قوية بكفاءة مرتفعة.

ينظم النموذج المعياري لفيزياء الجسيمات معظم الجسيمات الأولية المعروفة وتفاعلاتها الكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية ضمن إطار رياضي موحد. وينجح هذا النموذج في تفسير نتائج تجريبية كثيرة بدقة كبيرة، لكنه لا يشمل الجاذبية في صياغة كمومية مكتملة، ولا يفسر بصورة نهائية المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة أو سبب تفوق المادة على المادة المضادة.

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.

ترتبط معظم الجسيمات في فيزياء الجسيمات بجسيمات مضادة لها الكتلة نفسها، لكنها تحمل شحنات كهربائية أو أعداداً كمومية معاكسة، فالبوزيترون مثلاً هو الجسيم المضاد للإلكترون. ولا تُعد الجسيمات المضادة صوراً مرآتية مكانية بالمعنى الحرفي، كما توجد جسيمات متعادلة قد تكون هي نفسها جسيماتها المضادة، لذلك تحتاج العبارة العامة إلى هذا الاستثناء العلمي.