質子

质量

在量子色动力学里，使用狭义相对论，可以解释质子或中子怎样获得它所具有的大部分质量。 质子质量大约比组成它的夸克的静质量还重80–100倍，而胶子的静质量为零；与在量子色动力学真空里的夸克静质量相比，在质子内部的夸克与胶子所拥有的额外能量，贡献出大约质子质量的99%。质子质量是由移动夸克与移动胶子组成的系统整体所具有的不变质量；在这种系统里，甚至连零质量粒子的能量仍旧被视为整个系统的静质量。
当论及组成质子的夸克所呈现的质量时，常会用到两个术语：“流夸克质量”指的是夸克本身内秉的质量，“组分夸克质量”指的是流夸克质量加上在流夸克四周胶子场的质量。这两种质量通常具有不同数值。质子质量大部分来自于将几个流夸克结合在一起的胶子。虽然胶子内秉的质量为零，它们具有能量，更具体地，它们具有量子色动力学结合能，这能量贡献出很大部分的质子质量。质子的三个价夸克的静质量只贡献出9.4MeV，而质子质量大约为938MeV，剩余的质量归因于胶子的量子色动力学结合能。
质子内部的动力学行为很复杂，因为涉及到夸克与夸克之间的胶子交换，又涉及到夸克与各种真空凝聚态彼此之间的相互作用。晶格量子色动力学可以从理论直接计算出质子的质量，原则而言，可以达到任意准确性。近期完成的一次电脑计算声称，获得结果准确至误差小于4%，甚至已达误差小于1%。但是，这声称可能仍具争执性，因为计算所使用的夸克质量比实际质量还重；这意味着是倚赖外推法，将晶格从有限值外推至零，才能达到如此准确的预测结果，因此可能会造成系统误差。很难说这些误差已被正确控制，因为计算出的物理量是强子质量，而物理学者先前已知道这些物理量的数值了。
这些近期计算是由大型超级电脑完成。有些物理学者认为，对于核子结构的详细描述仍旧缺乏，因为远距离行为要求非摄动与／或数值处理。除了上述方法以外，还有一些更为概念性的方法。例如，原本由东尼‧斯科姆给出的拓扑孤立子方法、更为准确的AdS/QCD方法涉及到胶子的弦理论、像口袋模型或组分夸克模型一类在1980年代非常流行的各种量子色动力学启发的模型、
允许粗算近似质量的量子色动力学总和守则。这些方法的准确性低于注重蛮力式计算的晶格量子色动力学方法，至今为止，尚未能达到同样的准确性。

自由质子

不与其它核子或电子结合在一起的质子称为自由质子。虽然带正电的质子与带负电的电子彼此之间具有亲和性，自由质子的动能必须足够低弱，才能与电子结合在一起，成为束缚质子，因为这是一种相当低能量的相互作用。这结合动作并不会改变其质子属性，束缚质子仍旧是质子。一个以高速度移动的质子，在通过物质时，会因为与电子和核子的相互作用而使得其速度减慢，失去其能量，直到质子的速度足够缓慢，能够被正常原子（不具有等离子体性质）的电子云俘获。这种形成分子的机制称为“质子化”机制。在化学里，这种分子时常会变成布朗斯特酸。
在真空里，假设存在有自由电子，则移动速度足够缓慢的质子可能会吸引到一个自由电子，从而形成一个中性的氢原子，具有自由基的化学性质。这种“自由氢原子”，只需要很低的能量，很容易就会与其它原子产生化学反应。假设两个自由氢原子彼此产生反应，它们会形成中性的氢分子（H₂），这是在星际空间的分子云里最常见的分子成分。在地球实验室里，氢分子是很方便的质子源，可以用于质子疗法所需的加速器或任何需要将质子加速的强子粒子物理学实验，例如大型强子对撞机。

原子序数

在化学里，一个原子的原子核所含有的质子数量是这原子的原子序数，它决定了一个原子属于哪种元素。例如，氯的原子序数是17；这意味着每个氯原子拥有17 个质子，所有拥有17 个质子的原子都是氯原子。每种元素的化学性质跟其原子所拥有电子的数量有关。对于中性的原子而言，带负电的电子与带正电的质子两者数量相等，总电荷量为零。例如，中性的氯原子有17 个质子和17 个电子，而带负电的氯离子Cl⁻则有17 个质子和18 个电子，总电荷量为−1。
虽然两个原子同属一个元素，它们未必完全相同，因为它们可能分属中子数不同的同位素，以及能级不同的核同质异能素。例如，氯有两种稳定的同位素：35
17Cl有35 − 17 = 18 个中子，而37
17Cl则有37 − 17 = 20 个中子。

氢离子

在化学里，“质子”这术语指的是氢离子H⁺。因为氢的原子序数是1，氢离子不带电子，它的原子核只含有一个质子（并且它最丰沛的同位素氕1
1H不含中子）。质子是一个“赤裸的电荷”，其半径仅相当于氢原子半径的1/64,000，所以化学反应性极强。在液体之类的化学系统中，自由质子的生存时间很短；它会立即与任何可以利用的分子的电子云反应。在水溶液中，它形成水合氢离子H₃O⁺；水合氢离子又进一步被水分子溶解，形成曾德尔阳离子[H₅O₂]⁺和艾根阳离子[H₉O₄]⁺之类的水合离子团簇。
在酸–碱反应中发生的氢离子H⁺传递通常被称为“质子传递”；根据酸碱质子理论，可以在水溶液中提供质子的物质一般被称为酸，可以在水溶液中吸收质子的物质一般被称为碱；酸、碱分别被称为质子的“给体”和“受体”。类似地，生物化学中的“质子泵”和“质子通道”之类的术语，所讨论的也是水合氢离子的运动。
将氢-2原子的电子移除得到的离子叫做氢-2离子；由于含有一个中子，氢-2离子不是质子。类似的结论对氢-3也成立。

质子核磁共振

在化学里，“质子核磁共振”指的是对于在分子（主要是有机分子）里的氢-1原子核做核磁共振观察。由于质子感受到的屏蔽效应或质子的自旋-自旋耦合，核磁共振谱会出现不同特征，这可以用来研究样品分子的结构。此方法的名称是指对于在化合物里的氢-1原子核（即质子）做核磁共振检试，并不意味着自由质子存在于该化合物。

在太空里的质子

阿波罗月表实验包测量太阳风发现，多过95%的太阳风粒子是电子或质子，两者数量大约一样：
由于太阳风谱仪具有持续测量的功能，它可以仔细观察地球磁场怎样影响抵达的太阳风粒子。对于月球而言，它的轨道有三分之二部分是在地球磁场以外，在这区域，通常质子密度为10至20每立方公分，大多数质子的速度在400至650公里每秒。每个月大约有五天时间，月球是在地球的地磁尾里，在这区域里，通常探测不到太阳风粒子。剩下时间，月球是在一种知名为磁层鞘的过渡区域，在这区域里，地球磁场影响太阳风，但是不会完全将它隔绝，粒子通量被减低，通常质子速度为250至450公里每秒。在月球夜晚期间，谱仪被月亮遮挡，不会被太阳风吹到，因此不会测量到太阳风粒子。
质子也可能源自于太阳系外的太空。在银河系的宇宙线里，质子占有大约90%的全部粒子通量。在能量方面，这些质子通常高于太阳风质子，但是在辐照度方面，它们比太阳风质子均匀很多，变化较少。太阳质子事件会强烈影响太阳风质子的制成，例如日冕物质抛射。

反质子

CPT对称对于粒子与反粒子之间的相互性质给出强列约束，因此可以严格检试。例如，质子与反质子所带有的电荷必需总和为零。这个等号关系已被检试至1/10⁸。它们所带有的质量必须相等，这个等号关系也已被检试至优于1/10⁸。对于囚禁在彭宁阱内的反质子做实验测量荷质比，这个等号关系更被检试至1/6×10⁹。对于反质子的磁矩所产生的误差为8×10⁻³核子玻尔磁子，测量数值的绝对值与质子的相等。