Протони і нейтрони мають майже однакову масу, різниця її становить не більше 1%. Сили, що діють між двома протонами або нейтронами, на однаковій відстані, практично рівні. Найбільш істотним розходженням між нейтроном і протоном є наявність в останнього позитивного електричного заряду. Нейтрон, на відміну від протона, заряду не має.

Фундаментальною частинкою речовини є ядро водню, оскільки воно є протон. Цей факт встановив Е. Резерфорд, він довів, що маса позитивного заряду атома знаходиться в дуже маленькій області простору. Маса протона в 1836 разів перевищує масу електрона, а його електричний заряд дорівнює по величині заряду електрона, але має протилежний знак. Так само, як і електрон, протон володіє спіном, не рівним нулю. Спін - це характеристика обертання частинки навколо своєї осі, аналогічно добовому обертанню Землі. Якщо протон знаходиться в магнітному полі, то він обертається, як дзига, під впливом сили тяжіння. Швидкість цього руху визначається магнітним моментом. Його напрямок у протона збігається з напрямком осі обертання.

Існування нейтронів було доведено асистентом Е. Резерфорда Дж. Чедвіком. У своєму досвіді Чедвік опромінював берилій, який в свою чергу також ставав джерелом випромінювання. Дане випромінювання при зіткненні з ядрами вибивало з них протони. Чедвік припустив, що випромінювання являє собою потік часток з масою, рівною масі протона, але не мають електричного заряду, і назвав їх нейтронами.

У сучасній фізиці існує кваркова модель, яка дає уявлення про структуру нуклонів. Відповідно до неї, нуклони складаються з кварків трьох типів - більш простих частинок. Якщо по даній теорії заряд протона позначити через е, то він матиме два кварка із зарядом + 2 / третій і один кварк з зарядом -1 / третя, а нейтрон - один кварк з зарядом + 2 / третій і два кварка із зарядом -1 / третя. Ця модель має досить переконливе підтвердження в експериментах по розсіюванню електронів високих енергій. Електрони при взаємодії з нуклонами виявили у них присутність внутрішньої структури.