Hạt nhân là một phần quan trọng của nguyên tử, nằm ở trung tâm của nó. Nó bao gồm proton và neutron, các hạt subatomic có khối lượng tương đối lớn so với electron. Proton mang điện tích dương, trong khi neutron không mang điện tích (là hạt không điện). Sự tổ hợp của proton và neutron trong hạt nhân tạo nên trọng lượng của nguyên tử và xác định các tính chất hóa học của nó.
Cấu trúc của hạt nhân được mô tả bằng mô hình hạt nhân, trong đó proton và neutron tương tác thông qua sức mạnh hạt nhân, một trong những lực mạnh nhất trong tự nhiên. Sức mạnh này giữ cho các hạt nhân lại với nhau, vượt lên trên sức đẩy điện từ giữa các proton (với cùng điện tích dương) mà có thể đẩy chúng xa nhau.
Hạt nhân thường chứa một số proton và neutron khác nhau, tạo nên các loại nguyên tử khác nhau. Nguyên tố được định rõ bởi số proton trong hạt nhân, còn số neutron và proton cộng lại tạo nên số khối nguyên tử. Isotop là các biến thể của một nguyên tố có số neutron khác nhau, nhưng số proton không đổi.
Năng lượng được giải phóng và được sử dụng trong các quá trình như hạt nhân hạt nhân, trong đó hạt nhân phân chia thành hai hạt nhân nhẹ hơn. Năng lượng này có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm năng lượng hạt nhân và y học hạt nhân.