Il nucleo atomico è in generale costituito da protoni, particelle con carica positiva, e da neutroni che invece sono elettricamente neutri, come si evince dal nome che è stato deciso di attribuire loro. Protoni e neutroni all'interno del nucleo vengono anche chiamati nucleoni. Le cariche elettriche interagiscono tra loro mediante la forza elettrostatica, anche nota come coulombiana: essendo i protoni dotati di carica positiva, tale forza è repulsiva, ovvero tenderebbe a farli allontanare indefinitamente l'uno dall'altro. Questa forza continua a essere presente, cioè, a esercitarsi anche fra protoni all'interno di un nucleo atomico, pertanto è inesatto affermare che "i protoni non risentono della forza di Coulomb all'interno del nucleo".

Al contrario, i protoni all'interno del nucleo risentono eccome della repulsione coulombiana; ciò che però avviene per i nucleoni all'interno del nucleo è che esiste anche una seconda forza, detta interazione forte (della quale ancora non si conosce un'espressione analitica, essendo le sue modalità di esplicazione piuttosto complesse) la quale è responsabile della mutua attrazione di neutroni e protoni tra loro. Ebbene tale forza è indipendente dalla carica dei nucleoni, quindi agisce nello stesso modo per i protoni così come per i neutroni ed è una forza a corto raggio d'azione ovvero una forza che si esplica solo quando i nucleoni si trovano a distanze molto piccole gli uni dagli altri, dell'ordine di poche decine di milionesimi di miliardesimo di metro, ovvero circa 10^-14 m, cioè decine di femtometri!

Tale forza è attrattiva a queste distanze ed è di gran lunga più intensa della repulsione elettrostatica fra due cariche protoniche poste alla stessa distanza (da cui il nome di interazione forte); pertanto è responsabile del fatto che i nucleoni si mantengono insieme in un nucleo stabile, nonostante la repulsione mutua di carattere coulombiano dei protoni. È come se l'interazione forte fosse una sorta di collante per i nucleoni all'interno del nucleo atomico.

Un'ulteriore caratteristica di tale forza forte è che diventa repulsiva a distanze più piccole e ciò, insieme alla costanza dell'energia di legame per nucleone, comporta il fenomeno della saturazione delle forze nucleari che si manifesta nel fatto che il nucleo abbia una misura ben definita.

Infatti, contrariamente al raggio atomico (le forze elettrostatiche, responsabili della stabilità atomica, non sono a corto raggio di azione), ciò rende possibile definire bene un raggio nucleare, assimilando un generico nucleo a un volume sferico. La saturazione delle forze nucleari permette inoltre l'analogia dei nuclei con i liquidi, sicché di tale proprietà godono anche le forze chimiche di legame delle molecole in un liquido: uno dei primi modelli del nucleo è stato il modello a goccia di liquido, che rende conto di molti fenomeni squisitamente nucleari quali alcuni aspetti del decadimento beta, il fenomeno della fissione, le leggi del decadimento alfa. A causa del corto range delle forze nucleari esiste quindi una dimensione massima dei nuclei, legata al massimo numero di nucleoni che possono contenere affinché si mantengano stabili, e questo è il motivo per il quale esistono in natura nuclei stabili fino all'uranio 238.