النواة هي اللب المركزي للذرة. تحتوي على بروتونات ونيوترونات، تُسمى مجتمعةً بالنيوكليونات. وهي صغيرة جدًا، إذ يبلغ قطرها حوالي 1/100,000 من قطر الذرة، لكنها تحتوي على معظم كتلة الذرة. يحدد عدد البروتونات العنصر، بينما يحدد عدد النيوترونات النظير. تتماسك النواة بفعل القوة النووية القوية، التي تتغلب على التنافر الكهروستاتيكي بين البروتونات.

اكتشف إرنست رذرفورد نواة الذرة عام 1911، من خلال تجربة رقاقة الذهب. أطلق رذرفورد جسيمات ألفا على رقاقة ذهبية رقيقة، ولاحظ أن بعضها ارتدّ. هذا يعني أن الشحنة الموجبة تتركز في حيز صغير جدًا، وليست منتشرة في جميع أنحاء الذرة. غيّر هذا الاكتشاف نموذج الذرة من شكل يشبه حلوى البرقوق إلى نظام كوكبي.

النواة ليست ثابتة، بل يمكنها أن تخضع للتحلل الإشعاعي، وتُطلق جسيمات، وتنشطر انشطارياً. كما يمكنها أن تندمج مع نوى أخرى في تفاعلات الاندماج النووي. تُطلق هذه التفاعلات النووية كميات هائلة من الطاقة، تفوق بكثير ما تُطلقه التفاعلات الكيميائية. ولهذا السبب تُعدّ الطاقة النووية والأسلحة النووية بالغة القوة.

النواة نظام كمومي أيضًا. البروتونات والنيوترونات ليست مجرد كرات بسيطة، بل تتكون من كواركات مترابطة بواسطة غلوونات. القوة النووية القوية هي إحدى القوى الأساسية الأربع في الطبيعة. فهم النواة هدف محوري في الفيزياء النووية.