L'interazione che tiene legati i quark all'interno del protone e del neutrone è la cosiddetta interazione nucleare forte, detta anche interazione di colore. Questa ha un comportamento molto diverso rispetto alla forza elettromagnetica con cui siamo più famigliari. L'interazione elettromagnetica fra due particelle con carica elettrica diminuisce all'aumentare della loro distanza. Viceversa, nel caso dell'interazione nucleare forte l'intensità della forza aumenta all'aumentare della distanza fra particelle con carica di colore non nulla, come i quark all'interno di un protone. Questo fenomeno è all'origine del cosiddetto meccanismo di confinamento dei quark, il meccanismo che impedisce di estrarre da protoni e neutroni un singolo quark.

Sebbene a grande distanza il legame fra due quark diventi molto forte (sostanzialmente infinito), l'interazione di colore diventa molto debole a distanze molto inferiori alle dimensioni tipiche dei nuclei atomici (ovvero a distanze inferiori a 10^-15 metri o 1/100000 delle dimensioni dell'atomo). In prima approssimazione possiamo quindi immaginare neutroni e protoni come delle "scatole" sferiche all'interno delle quali i tre quark si muovono quasi liberamente: un sistema molto diverso rispetto a quello atomico, che ha un nucleo centrale e gli elettroni orbitanti.

In realtà la struttura interna dei nucleoni (neutroni e protoni) è più complicata rispetto al semplice modello a scatola: i tre quark non sono completamente liberi e hanno distribuzioni spaziali leggermente differenti fra loro (poiché hanno massa e carica elettrica differenti). Il tutto è ulteriormente complicato dal fatto che, oltre ai tre quark di base che determinano la carica totale del nucleone, all'interno dei nucleoni si trova anche un'infinità di coppie quark-antiquark che vengono continuamente create e distrutte. I tre quark base, detti quark di valenza, sono due up (ciascuno con carica positiva pari a 2/3 della carica totale del protone) e un down (con carica -1/3) nel caso del protone e due down e un up nel caso del neutrone. Le restanti coppie quark-antiquark che vengono continuamente create e distrutte (i cosiddetti quark del mare) hanno una carica totale nulla e dunque non alterano la carica totale del nucleone.

Le distribuzioni spaziali di questi costituenti elementari dei nuclei atomici possono essere studiate sperimentalmente bombardando i nulcei con opportuni fasi di elettroni. Le deviazioni delle traiettorie degli elettroni forniscono un'informazione sulla distribuzione delle cariche elettriche all'interno del nucleo. In base a questi esperiementi è stato mostrato che i neutroni, che nel complesso sono elettricamente neutri, hanno un leggero eccesso di carica elettrica positiva all'interno e di conseguenza un leggero eccesso di carica negative in superficie. Sappiamo quindi che le distribuzioni spaziali dei tre quark di valenza, ma anche quella delle addizionali coppie quark-antiquark del mare, non sono perfettamente simmetriche.