介子（meson）是自旋为整数、重子数为零的强子，参与强相互作用。介子由一个夸克和一个反夸克通过强相互作用结合在一起。由于介子由夸克子粒子组成，因此它们具有一定的物理尺寸，直径约为1飞米（10−15 米），与质子、中子尺寸相当。所有介子都是不稳定的，寿命从10-8秒到不到10-22秒不等。它们的质量差异也很大，从140兆电子伏特（MeV；106 eV）到近10吉电子伏特（GeV；109 eV）。其质量范围很广，可能轻于电子，也可能远大于质子。

介子是强子粒子家族的一部分，它们被简单地定义为由两个或更多个夸克组成的粒子。强子家族的其他成员是重子：由奇数价夸克（至少三个）组成的亚原子粒子。介子的主要特征有：通常不能稳定存在，经过一定的平均寿命后就转变为另一种基本粒子；自旋角动量都是的整数倍，均属于玻色子；有的带电荷，有的呈电中性，带电介子可以衰变（有时是通过中间粒子）形成电子以及中微子，不带电荷的介子衰变可能会放出光子。

1935年由日本物理学家汤川秀树（Hideki Yukawa）通过核力计算预言了介子的存在，1936年由美国物理学家卡尔·大卫·安德森（Carl David Anderson）等人在研究云室中宇宙线的径迹时发现介子并命名，1947年塞西尔·鲍威尔（Cecil Powell）等人利用原子核天然橡胶在宇宙线中发现了μ介子和π介子，1949年哈罗德·麦克米伦（E.McMillan）又利用加速器在实验室中得到了人工π介子。

介子仅由夸克构成的粒子之间的相互碰撞得到，以短寿命产物的形式存在于自然界中。介子也可以通过高能粒子加速器中的质子、反质子或其他粒子的碰撞产生。介子根据其夸克含量、总角动量、宇称和各种其他性质（例如C宇称和G宇称）进行分类。介子可能非常巨大，例如，包含粲夸克的J/Psi介子（J/ψ），于1974年由两组相互独立的物理学家首次发现，它的质量为3.1 GeV/c2，大约是质子质量的3.5倍。包含底夸克upsilon介子（ϒ），于1977年首次被发现，它的质量约为质子的10倍。介子，可以用来重建夸克的运动，也是识别新夸克的一种方法。

曾经，人们日常生活中遇到的几乎所有现象都可以用引力相互作用或电磁相互作用来描述。到了20世纪，人们为了解释原子核结构与中子衰变，发展了强相互作用和弱相互作用的理论。汤川秀树和恩利克·费米（Enrico Fermi）分别提出了介子交换理论和四费米子相互作用理论来解释核子之间的作用力及中子的衰变。这两种理论经过后续的发展与完善，最终在20世纪六七十年代发展成为量子色动力学（QCD）与电弱统一理论，构成了标准模型的基石。

1934年，汤川秀树引入一种新的相互作用来解释核子之间的吸引力。类似于带电粒子通过交换光子实现电磁相互作用，核子通过交换介子实现相互作用，产生束缚力。汤川秀树根据原子核的尺寸估计出介子的质量，因其质量介于电子质量和核子质量之间，故称为介子。

汤川秀树预言了传递核力的π介子之后，1936年缪子（µ）被发现，其质量最高可到150 MeV，非常接近汤川秀树的预言，所以一开始人们认为这就是π介子，但后续的实验发现缪子并不参与核反应。1939~1942年，两位印度科学家萨特延德拉·玻色（Debendra Mohan Bose）和乔杜里（Bibha Chowdhuri）利用摄影感光片在印度的高海拔地区研究了宇宙射线。他们在宇宙射线中观测到了质量约为200倍电子质量的粒子。1947年，塞西尔·鲍威尔（Cecil Powell）等人改进了这种方法，独立地在宇宙射线中观测到了π介子，他们还发现π介子参与了核子的相互作用，进一步支持它就是汤川秀树预言的π介子。

人们就试图理解这些“基本”粒子的内部结构进而对它们进行分类，包括1956年的坂田（Sakata）模型和1961年默里·盖尔曼与Yuval Ne’eman提出的八重法（eightfold way），以及1964年默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann）和乔治·茨威格（GeorgeZweig）提出的夸克模型。夸克模型可以很好地对实验中发现的介子和重子进行分类，将他们放入SU（3）群的多重态中。在此期间，已经产生了200多个介子并对其进行了描述，其中大部分是在高能粒子加速器实验中产生的。

在粒子物理学中，强子直接参与强相互作用，而且能够单个存在的最小粒子。强子分为两大类：重子（由三个夸克组成）和介子（由一个夸克和一个反夸克组成）。介子包括了除光子、中间玻色子和胶子外全部已知的整数自旋的粒子。

各种微观粒子（包括电子）或者复合粒子（原子，原子核等）有一种重要特性，具有内禀的角动量和内禀的磁矩，这个属性称为自旋。电子绕核运动具有角动量和磁矩，这是空间运动而使电子具有轨道角动量和轨道磁矩，电子的内禀角动量和内禀磁矩称为自旋角动量和自旋磁矩。

P宇称是左右宇称，或空间宇称，是发现的几个“宇称”中的第一个，因此通常被称为“宇称”。如果宇宙被反射在镜子里，大多数物理定律都是相同的——无论我们称之为“左”和“右”，事物的行为方式都是一样的。这种镜面反射的概念称为P宇称。无论宇宙是否在镜子中反射，引力、电磁力和强相互作用都以相同的方式运行，因此被称为P宇称。然而，弱相互作用确实区分了“左”和“右”，这种现象称为P宇称破坏。基于此，人们可能会认为，如果每个粒子的波函数同时进行镜像反转，那么新的波函数集将完全满足物理定律（除了弱相互作用）。事实证明，这并不完全正确：为了满足方程，除了镜像反转之外，某些类型粒子的波函数还必须乘以-1。这种粒子类型被称为负宇称（P=−1，或P=−），而其他粒子被称为正宇称（P=+1，或P=+）。对于介子，宇称与轨道角动量的关系如下：

其中L是波函数相应球谐波宇称的结果。“+1”即根据狄拉克方程，夸克和反夸克具有相反的内在宇称。因此，介子的内在宇称是夸克（+1）和反夸克（−1）的内在宇称的产物。由于这些是不同的，它们的乘积是−1，因此它贡献了指数中出现的“+1”。因此，所有没有轨道角动量（L=0）的介子都具有宇称（P=−1）。

C宇称仅针对其自身的反粒子介子（即中性介子）定义。它表示介子的波函数在夸克与反夸克的互换下是否保持不变。如果，那么，介子是“C正宇称”（C=+1）。如果，则介子为“C负宇称”（C=−1）。

C宇称很少单独研究，但更常见的是与P宇称结合到CP宇称。CP宇称最初被认为是守恒的，但后来发现在极少数情况下在弱相互作用中被违反。

G宇称是C宇称的概括。它不是简单地比较交换夸克和反夸克后的波函数，而是不管夸克含量如何，比较交换介子换成相应的逆时子后的波函数。如果，那么，介子是“G正宇称”（G=+1）。另一方面，如果，那么介子是“G负宇称”（G=−1）。

同位旋的概念最早是由海森伯格（Werner Heisenberg）于1932年提出的，用于解释强相互作用下质子和中子之间的相似性。尽管它们具有不同的电荷，但它们的质量非常相似，以至于物理学家认为它们实际上是同一个粒子。不同的电荷被解释为某种类似于自旋的未知激发的结果。这种未知的激发后来在1937年被尤金·维格纳（Eugene Wigner）称为同位旋。

这种信念一直持续到默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann）在1964年提出夸克模型（最初只包含u、d和s夸克）。同位旋模型的成功现在被理解为u夸克和d夸克质量相似的产物。因为u夸克和d夸克的质量相似，所以由相同数量的夸克组成的粒子也具有相似的质量。确切的u夸克和d夸克组成决定了电荷，因为u夸克携带电荷+2/3而D夸克带电荷−1/3。

电荷（Q）与盖尔曼-西岛公式（Gell-Mann-Nishijima）公式的同位旋投影（I3）、重子数（B）和风味量子数（S，C，B′，T）有关，即：，其中S、C、B′和T分别代表奇、粲、底和顶风味量子数。它们与奇夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克和反夸克的数量有关，根据关系：

这意味着Gell-Mann-Nishijima公式等价于夸克含量的电荷表达式：

介子根据其等自旋（I）、总角动量（J）、P宇称（P）、G宇称（G）或C宇称（C）（如适用）和夸克（q）含量分为几组。分类规则由粒子数据组定义，并且相当复杂。

自旋为零的介子，视其宇称为正或为负又分别称为标量介子和赝标介子。自旋为1的介子，视其宇称为正或为负又分别称为轴矢介子和向量介子。

介子的基态，当组成夸克反夸克的L=0，S=0（用符号1S0表示）时对应一组JP=0-的介子，称为赝标介子。它们的主要量子数列表如下：

当组成夸克和反夸克的L=0，S=1（用符号3S1表示），对应着另一组介子，称为矢量介子。它们的量子数列表如下：

无味介子是由一对相同风味的夸克和反夸克组成的介子（它们所有的风味量子数都为零：S=0，C=0，B′=0，T=0）。

调味介子是由一对不同风味的夸克和反夸克组成的介子。在这种情况下，规则更简单：主符号取决于较重的夸克，上标取决于电荷，下标（如果有的话）取决于较轻的夸克。

2006年9月25日，伊利诺伊州巴塔维亚-美国能源部费米国家加速器实验室（Fermi National Accelerator Laboratory）的对撞机探测器（CDF）合作科学家正式宣布：他们发现了B-sub-s介子的快速变化行为，该介子在物质和反物质之间每秒切换3万亿次。CDF对振荡率的发现，加强了标准模型的有效性，该模型控制着物理学家对基本粒子和力的理解；缩小超对称的可能形式，该理论提出每个已知粒子都有自己质量更大的“超”伙伴粒子。

2021年LHCb的研究中，中性底介子、粲介子和K介子是粒子物理标准模型中仅有的四种可以在正反物质粒子之间“振荡”的粒子，犹如“薛定谔的猫”，正反粒子“振荡”是量子力学重要性质的体现。

尽管介子不稳定，但许多介子的持续时间足够长（几十亿分之一秒），可以用粒子探测器观测到，这使得研究人员有可能重建夸克的运动。任何试图解释夸克的模型都必须正确阐明介子的行为。由物理学家默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann）和尤瓦尔-尼勒姆-贝曼（Yuval Neʾeman）设计的"八重道"——现代夸克模型的先驱--的早期成功之一是预测并随后发现了埃塔介子（1962年）。几年后，π介子衰变为两个光子的速率被用来支持夸克可以呈现三种"色"之一的假说。对K介子通过弱作用力发生的竞争衰变模式的研究，使人们更好地理解了宇称（一种基本粒子或物理系统的性质，表明其镜像在自然界中是否存在）及其在弱相互作用中的不守恒性。CP违反（违反与电荷[C]和宇称[P]相关的组合守恒定律）首先是在K介子系统中发现的，目前正在对B介子（包含底夸克）进行研究。

介子也是识别新夸克的一种方法。1974年，美国物理学家塞缪尔-丁（Samuel C.C. Ting）和伯顿·里克特（Burton Richter）领导的研究小组独立发现了J/psi粒子，证明它是由粲夸克和反夸克组成的介子。（在此之前，人们一直假设有三种夸克类型--上夸克、下夸克和奇夸克）。它是粲的首次表现，粲是一个新的量子数，它的存在意味着夸克是成对存在的。随后发现的另一种重介子——u介子——揭示了底夸克及其伴随的反夸克的存在，并引发了对伴生粒子——顶夸克——存在的猜测。这第六种夸克类型或"风味"于1995年被发现。顶夸克存在的确凿证据将寻找粒子物理学标准模型中最后一块缺失的碎片推向了高潮，标准模型描述了基本粒子及其相互作用。

2023年8月10日，费米实验室的介子实验均为介子研究的最新进展，例如奇异介子的研究、μ介子g-2实验等，该实验测量结果使粒子物理学更接近理论与实验的最终较量。

μ介子断层扫描技术是一种新兴的探测成像技术，具备三维成像、零放射性污染、成本低、检测速度快、应用范围广等优点，尤其是在核材料探测领域的应用价值较高。

尽管介子本身不直接用于肿瘤的诊断与治疗，但基于粒子物理学原理的技术（如质子治疗、重离子治疗等）在肿瘤治疗中已经取得了显著进展。这些技术利用粒子束的高能量和精确控制性来破坏肿瘤细胞，同时减少对周围正常组织的损伤。

μ子在材料科学中有着广泛的应用。缪子自旋弛豫-共振（μSR）技术是一种将μ子注入待测物质中，探测μ子衰变产生的正电子的角分布来得到物质内部信息的技术。这种技术广泛用于磁性材料的局部静态和动态微小磁场的测量。

有实验证据表明，强子（即由夸克组成）和色中性粒子具有零重子数，因此根据传统定义，它们是介子。然而，这些粒子并不像上面讨论的所有其他传统介子那样由单个夸克/反夸克对组成。这些粒子的一个初步分类是奇异介子。至少有五个奇异介子共振态已经通过两个或多个独立的实验实验证实存在。其中最具统计意义的是Z（4430），由2007年的Belle实验发现，并由大型强子对撞机合租项目（Large Hadron Collider beauty，LHCb）于2014年证实。它是由两个夸克和两个反夸克组成的粒子。