नाभिक परमाणु का केंद्रीय भाग होता है। इसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, जिन्हें सामूहिक रूप से न्यूक्लियॉन कहा जाता है। यह बहुत छोटा होता है, लगभग परमाणु के व्यास का 1/100,000वां भाग, लेकिन इसमें लगभग सारा द्रव्यमान समाहित होता है। प्रोटॉनों की संख्या से तत्व का निर्धारण होता है। न्यूट्रॉनों की संख्या से समस्थानिक का निर्धारण होता है। नाभिक प्रबल नाभिकीय बल द्वारा एक साथ बंधा रहता है, जो प्रोटॉनों के बीच स्थिरवैद्युत प्रतिकर्षण पर भारी पड़ता है।

परमाणु के नाभिक की खोज अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने 1911 में सोने की पन्नी के प्रयोग के माध्यम से की थी। उन्होंने एक पतली सोने की पन्नी पर अल्फा कणों का परीक्षण किया और पाया कि उनमें से कुछ वापस लौट आए। इसका अर्थ यह था कि धनात्मक आवेश पूरे परमाणु में फैला हुआ नहीं था, बल्कि एक छोटे से आयतन में केंद्रित था। इस खोज ने परमाणु के मॉडल को एक चकोतरे के आकार से बदलकर एक ग्रहीय प्रणाली के रूप में प्रस्तुत किया।

नाभिक स्थिर नहीं होता। यह रेडियोधर्मी क्षय से गुजर सकता है, कण उत्सर्जित कर सकता है और विखंडन द्वारा टूट सकता है। यह संलयन द्वारा अन्य नाभिकों के साथ जुड़ सकता है। ये नाभिकीय अभिक्रियाएँ रासायनिक अभिक्रियाओं की तुलना में कहीं अधिक ऊर्जा उत्पन्न करती हैं। यही कारण है कि परमाणु ऊर्जा और परमाणु हथियार इतने शक्तिशाली होते हैं।

नाभिक भी एक क्वांटम प्रणाली है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन केवल गोले नहीं होते। वे क्वार्कों से बने होते हैं, जो ग्लूऑन द्वारा एक साथ बंधे होते हैं। प्रबल बल प्रकृति के चार मूलभूत बलों में से एक है। नाभिक को समझना नाभिकीय भौतिकी का एक प्रमुख लक्ष्य है।