La cromodinamica quantistica, o QCD, è la teoria che descrive l'azione della forza nucleare forte. La QCD è stata costruita sull'analogia con l'elettrodinamica quantistica (QED), la teoria quantistica della forza elettromagnetica. In QED, le interazioni elettromagnetiche di particelle cariche sono descritte attraverso l'emissione e il successivo assorbimento di fotoni senza massa, meglio conosciuti come "particelle" di luce; tali interazioni non sono possibili tra particelle scariche, elettricamente neutre. Si osserva che la forza forte si comporta in modo simile, agendo solo su certe particelle, principalmente quark che sono legate insieme nei protoni e nei neutroni del nucleo atomico, così come in forme meno stabili e più esotiche della materia. Quindi, per analogia con QED, la cromodinamica quantistica è stata costruita sul concetto che i quark interagiscono attraverso la forza forte perché portano una forma di "forte carica", a cui è stato dato il nome di colore; altre particelle, come l'elettrone, che non portano la carica del colore, non interagiscono in questo modo.

In QED ci sono solo due valori per la carica elettrica, positiva e negativa, o carica e ricarica. Per spiegare il comportamento dei quark nella QCD, al contrario, ci devono essere tre diversi tipi di carica del colore, ognuno dei quali può presentarsi come colore o anticolore. I tre tipi di carica sono chiamati rosso, verde e blu in analogia con i colori primari della luce, sebbene non vi sia alcuna connessione con il colore nel senso comune.

Le particelle di colore neutro si presentano in due modi. Nei barioni (cioè particelle costruite da tre quark, come ad esempio protoni e neutroni), i tre quark hanno ciascuno un colore diverso, e una miscela dei tre colori produce una particella che è neutra. I mesoni, d'altra parte, sono costruiti da coppie di quark e antiquark, e in questi l'anticolor dell'antiquark neutralizza il colore del quark, proprio come le cariche elettriche positive e negative si annullano a vicenda per produrre un oggetto elettricamente neutro.

I quark interagiscono attraverso la forza forte scambiando le particelle chiamate gluoni. Al contrario di QED, dove i fotoni scambiati sono elettricamente neutri, i gluoni di QCD portano anche cariche di colore. Per consentire tutte le possibili interazioni tra i tre colori dei quark, ci devono essere otto gluoni, ognuno dei quali porta generalmente una miscela di un colore e un anticolore di un tipo diverso.

Poiché i gluoni portano il colore, possono interagire tra loro, e questo rende il comportamento della forza forte sottilmente diversa dalla forza elettromagnetica. QED descrive una forza che diventa più debole man mano che aumenta la distanza tra due cariche (obbedendo a una legge quadrata inversa), ma in QCD le interazioni tra gluoni emesse da cariche di colore impediscono che queste cariche vengano separate. Invece, se si investe energia sufficiente nel tentativo di eliminare un quark da un protone, ad esempio, il risultato è la creazione di una coppia quark-antiquark, in altre parole un mesone.