Ο πυρήνας είναι ο κεντρικός πυρήνας ενός ατόμου. Περιέχει πρωτόνια και νετρόνια, που συλλογικά ονομάζονται νουκλεόνια. Είναι μικροσκοπικός, περίπου το 1/100.000 της διαμέτρου του ατόμου, αλλά περιέχει σχεδόν όλη τη μάζα. Ο αριθμός των πρωτονίων καθορίζει το στοιχείο. Ο αριθμός των νετρονίων καθορίζει το ισότοπο. Ο πυρήνας συγκρατείται από την ισχυρή πυρηνική δύναμη, η οποία υπερνικά την ηλεκτροστατική άπωση μεταξύ των πρωτονίων.

Ο πυρήνας ανακαλύφθηκε από τον Έρνεστ Ράδερφορντ το 1911, μέσω του πειράματος με το φύλλο χρυσού. Εκτόξευσε σωματίδια άλφα σε ένα λεπτό φύλλο χρυσού και διαπίστωσε ότι κάποια από αυτά ανέκαμψαν. Αυτό σήμαινε ότι το θετικό φορτίο ήταν συγκεντρωμένο σε έναν μικροσκοπικό όγκο και όχι απλωμένο σε όλο το άτομο. Η ανακάλυψη άλλαξε το μοντέλο του ατόμου από μια πουτίγκα δαμάσκηνου σε ένα πλανητικό σύστημα.

Ο πυρήνας δεν είναι στατικός. Μπορεί να υποστεί ραδιενεργό διάσπαση, να εκπέμπει σωματίδια και να διασπαστεί κατά τη σχάση. Μπορεί να συντήκεται με άλλους πυρήνες κατά τη σύντηξη. Αυτές οι πυρηνικές αντιδράσεις απελευθερώνουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας, πολύ περισσότερη από τις χημικές αντιδράσεις. Γι' αυτό η πυρηνική ενέργεια και τα πυρηνικά όπλα είναι τόσο ισχυρά.

Ο πυρήνας είναι επίσης ένα κβαντικό σύστημα. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια δεν είναι απλές σφαίρες. Αποτελούνται από κουάρκ, που συγκρατούνται μεταξύ τους από γλουόνια. Η ισχυρή πυρηνική δύναμη είναι μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης. Η κατανόηση του πυρήνα είναι ένας κεντρικός στόχος της πυρηνικής φυσικής.