Questa forza ha un intensità superiore rispetto alla repulsione elettromagnetica dei protoni (che hanno tutti carica elettrica positiva). Tuttavia, a differenza dell'interazione elettromagnetica, l'attrazione nucleare forte tra protoni e neutroni ha un "raggio di interazione"molto limitato: decresce esponenzialmente con la distanza e diventa trascurabile per distanze molto superiori a 10^-13 cm (1 Fermi = 10^-13 cm è l'unità naturale per le dimensioni dei nuclei atomici).

Ed è per questo motivo che non possiamo avere nuclei atomici troppo grandi: in tal caso l'interazione elettromagnetica non è sufficientemente compensata da quella forte.

Protoni e neutroni (chiamati genericamnete nucleoni) si comportanto sostanzialmente allo stesso modo sotto l'effetto dell'interazioni nucleari forti: entrambe tendono ad attrarsi e a formare uno stato legato. I nucleoni sono inoltre delle cosiddette
particelle di Fermi-Dirac, ovvero particelle con spin pari a 1/2 che obbediscono al principio di esclusione di Pauli (esattemente come gli elettroni).

Il nucleo atomico ha quindi una struttura a livelli quantistici che da un punto di vista organizzativo non è dissimile da quella dell'atomo (ma ovviamente su una scala molto ridotta). Ed è il principio di Pauli, che vieta di avere due particelle di Fermi-Dirac identiche nello stesso stato quantistico, il vero responsabile dell'effetto di stabilizzazione dei nuclei da parte dei neutroni.

Consideriamo ad esempio il caso di un nucleo atomico composto da quattro nucleoni. Per via del principio di esclusione di Pauli tutti e quattro i nucleoni si possono trovare nello stato di minima energia solo nel caso di due protoni e due neutroni. In tal caso infatti avremmo quattro nucleoni in stati di spin (su o giù) o di carica elettrica (protone o neutrone) differenti, che permettono di soddisfare il principio di Pauli. Se avessimo quattro protoni o quattro neutroni, due di essi dovrebbero passare a un livello energetico più alto, ovvero a una configurazione più instabile. Nella maggior parte dei casi, tali configurazioni instabili tendono a trasformarsi negli stati più statbili attraverso i processi di decadimento nucleare (generati a loro volta dalle cosidette interazioni nucleari deboli).