此后，人类所知的基本粒子数目不断增多。1947年，罗切斯特和巴特勒在宇宙线实验中发现了v粒子（即K介子），这标志着一系列新粒子发现的开始，后来这些粒子被称为奇异粒子。由于它们独特的性质，一个新的量子数——奇异数的概念被引入粒子物理学。在这些奇异粒子中，有质量比质子轻的奇异介子，也有质量比质子重的各种超子。在地球的正常条件下高能物理中子物理学家，它们是不存在的，在当时的环境下，只有借助从太空飞来的高能宇宙线才能产生它们。
这些被发现的基本粒子，加上理论预言存在但尚未被实验证实的引力场量子——引力子，按其相互作用的性质可分为四类：引力子、光子、轻子和强子。为了克服宇宙线流太弱的限制，从20世纪50年代初开始，人们陆续建造了能量越来越高、流速越来越强的粒子加速器。实验上，新的、强有力的探测手段也相继出现，如大型气泡室、火花室、多丝正比室等，开启了新粒子大发现时期。
颗粒分类
到了 20 世纪 60 年代初，实验观测到的基本粒子数目已超过元素周期表问世时发现的化学元素数目，发现的势头越来越强。1961 年，盖尔曼和奈曼提出了一种根据强相互作用的对称性对强子进行分类的方法，类似于化学元素周期表。
八重分类不仅给出了当时已发现的强子的位置，而且准确地预言了一些新粒子，例如1964年气泡室实验发现的Ω粒子。八重分类很好地解释了自旋、宇称、电荷、奇异数和质量等粒子静态性质的规律性。
这一时期，人们证实不仅电子，所有粒子都有反粒子（有些粒子的反粒子就是自身）。1959年，我国王淦昌等人发现了第一个带电反超子。此外，还发现了大量在强相互作用下衰变的寿命极短的粒子——共振态。
建立体系
大量基本粒子的发现，使人们对这些基本粒子的根本性质产生了怀疑，基本粒子的概念正面临突变。
20世纪40年代至60年代，人们对微观世界的理性认识的最大进展是量子力学的建立。经过一代物理学家的努力，量子力学能够很好地解释原子结构、原子光谱的规律、化学元素的性质、光的吸收和辐射等现象。特别是在它与狭义相对论相结合建立相对论量子力学之后，成为原子、分子水平上微观世界的基本理论。
然而，量子力学仍然存在几个不足：不能反映场的粒子性；不能描述粒子产生和湮灭的过程；有负能量解，导致物理概念上的困难。量子场论是狄拉克、约当、维格纳、海森堡、泡利在相对论量子力学的基础上，通过场的量子化发展起来的，很好地解决了这三个问题。
1947年库什和傅立叶发现的电子反常磁矩，以及兰姆等人发现的氢原子能级分裂，只有用量子电动力学的重正化理论才能正确解释。如今，量子电动力学已经经过多次实验验证，成为电磁相互作用的基本理论。
并非所有基本粒子都是“基本”的观念最早由费米和杨振宁于1949年提出。他们认为介子不是基本粒子，核子才是基本粒子，介子只是核子和反核子的结合态。1955年，坂田昭一扩展了费米和杨振宁的模型，提出了强子由核子、超子及其反粒子组成的模型。
夸克命名
1961年，实验发现了多种共振态。1964年，发现的基本粒子（包括共振态）数量增至数百种，这促使盖尔曼和茨威克提出，对称性的基础是构成所有强子的构造块，共有三种，称为夸克。
自 20 世纪 60 年代以来，人们进行了在宇宙线、加速器、岩石中寻找夸克的实验，但至今没有证实成功的报道。20 世纪 60、70 年代，人们建造了更多能量更高、性能更好的加速器，虽然在这些加速器中没有发现夸克，但却获得了夸克存在的间接但更有力的证据。
与强子数量的快速增加相对照的是，自1962年在大型火花室中实验确认了两种类型的中微子以来，很长一段时间内已知的轻子只有四种。然而高能物理中子物理学家，情况在1975年发生了变化，Per等人在一次电子-正电子碰撞实验中发现了一种新的轻子。它带正电或负电，是质子的两倍，因此也被称为重轻子。与之相对应的是，人们普遍认为应该存在另一类中微子，但尚未得到实验证实。
夸克理论提出后不久，有人就意识到研究强子的强、弱相互作用应以夸克为中心，同时要充分考虑强子的结构特点和各种过程的运动学特点，才能正确解释强子的动力学性质，如寿命、宽度、形状因子、截面等。1965年我国发展的强子结构层子模型是最早进行此方向研究的成果之一。层子这一名称的命名是为了强调物质结构的无限层次，比强子更深层次的层子就是夸克。近20年来，粒子物理实验和理论发展的主流都是沿着这个方向，弱相互作用不断取得突破，强相互作用也取得重大进展。
最早的弱相互作用理论是费米于1934年提出的，用于解释中子衰变现象。弱相互作用中宇称不守恒的发现给弱相互作用理论的研究带来了巨大的推动力。不久之后，在洛伦兹变换下建立了描述弱相互作用的流形式，并适用于所有的弱相互作用过程，被称为普适的费米型弱相互作用理论。
统一理论
1961年，格拉肖提出了电磁相互作用与弱相互作用的统一理论，该理论的基础是1954年杨振宁和米尔斯提出的非阿贝尔规范场理论网校头条，但该理论并没有回答这些粒子是否具有静止质量、如何在理论上对其进行重正化等问题。
1967年至1968年，温伯格和萨拉姆解释了规范场粒子可以具有静止质量，并计算出了这些静止质量与弱相互作用耦合常数和电磁相互作用耦合常数的关系。该理论的一个重要点就是预言了弱中性流的存在，但当时实验上并没有观测到弱中性流现象。由于缺乏实验支持，这一模型当时并未引起人们的重视。
1973年，美国费米实验室和欧洲原子核研究中心在实验中发现了弱中性电流，人们开始关注这一模型。1983年，鲁比亚实验组等人发现高能质子-反质子碰撞实验的特性与标准粒子的理论预期完全一致，这给了电弱统一理论巨大的支持，使其有可能成为弱相互作用的基本理论。
开发状态报告
编辑
粒子物理早已比强子更深层次地深入研究物质的性质，更高能量加速器的建设无疑将为粒子物理实验研究提供更加有力的手段，有助于产生更多的新粒子，以明确夸克和轻子的类型、性质及其可能的内部结构。
近年来电弱相互作用统一理论的成功，特别是弱规范粒子的发现，坚定了人们对局域规范场论作为相互作用基本理论的信念，也为今后以高能轻子为探针探索强子内部结构、夸克和胶子的性质以及强相互作用的性质提供了可靠的分析方法。未来强相互作用将是粒子物理研究的一个重点。
统一电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用的大统一理论近年来引起了广泛关注，但即使是最简单的模型，也包含近20个无量纲参数，说明这一理论还包含很多现象元素，还只是一种非常初步的尝试，距离成为有效理论还有很长的路要走。
另外，从发展趋势来看，粒子物理学的进展必将对宇宙演化的研究起到促进作用，这方面的研究也将是一个非常活跃的领域。
需要注意的是，物理学是一门实验型科学，粒子物理也不例外，因此培养物理学人才意义深远。（比如，丁肇中就热衷于培养国内高能物理人才，经常回国选拔年轻科学家到他所领导的课题组工作；他还被聘为中科院高能物理研究所学术委员会委员。）