Selon le modèle des quarks, les propriétés des hadrons sont principalement déterminées par leurs quarks dits de valence. Par exemple, un proton est composé de deux quarks up (chacun avec une charge électrique de +2⁄3, pour un total de +4⁄3 ensemble) et d’un quark down (avec une charge électrique de -1⁄3). En les additionnant, on obtient la charge de protons de +1. Bien que les quarks portent également une charge de couleur, les hadrons doivent avoir une charge de couleur totale nulle en raison d’un phénomène appelé confinement des couleurs. Autrement dit, les hadrons doivent être « incolores » ou « blancs ». Les moyens les plus simples pour que cela se produise sont avec un quark d’une couleur et un antiquark de l’anticouleur correspondant, ou trois quarks de couleurs différentes. Les hadrons avec le premier arrangement sont un type de méson, et ceux avec le deuxième arrangement sont un type de baryon.
Les gluons virtuels sans masse composent la majorité numérique des particules à l’intérieur des hadrons. La force des gluons de force forte qui lient les quarks entre eux a suffisamment d’énergie (E) pour avoir des résonances composées de quarks massifs (m) (E > mc2). L’un des résultats est que des paires de quarks virtuels et d’antiquarks de courte durée se forment et disparaissent continuellement à l’intérieur d’un hadron. Parce que les quarks virtuels ne sont pas des paquets d’ondes stables (quanta), mais un phénomène irrégulier et transitoire, il n’est pas significatif de demander quel quark est réel et quel virtuel; seul le petit excès est apparent de l’extérieur sous la forme d’un hadron. Par conséquent, lorsqu’un hadron ou un anti-hadron est déclaré composé (typiquement) de 2 ou 3 quarks, cela fait techniquement référence à l’excès constant de quarks par rapport aux antiquarks.
Comme toutes les particules subatomiques, les hadrons se voient attribuer des nombres quantiques correspondant aux représentations du groupe de Poincaré: JPC(m), où J est le nombre quantique de spin, P la parité intrinsèque (ou P-parité), C la conjugaison de charge (ou C-parité) et m la masse de la particule. Notez que la masse d’un hadron a très peu à voir avec la masse de ses quarks de valence; plutôt, en raison de l’équivalence masse–énergie, la majeure partie de la masse provient de la grande quantité d’énergie associée à l’interaction forte. Les hadrons peuvent également porter des nombres quantiques de saveur tels que l’isospine (parité G) et l’étrangeté. Tous les quarks portent un nombre quantique additif conservé appelé nombre de baryons (B), qui est de +1⁄3 pour les quarks et de -1⁄3 pour les antiquarks. Cela signifie que les baryons (particules composites composées de trois, cinq ou un nombre impair de quarks plus important) ont B = 1 alors que les mésons ont B = 0.
Les hadrons ont des états excités appelés résonances. Chaque hadron d’état fondamental peut avoir plusieurs états excités; plusieurs centaines de résonances ont été observées dans des expériences. Les résonances se désintègrent extrêmement rapidement (en environ 10 à 24 secondes) via la forte force nucléaire.
Dans d’autres phases de la matière, les hadrons peuvent disparaître. Par exemple, à très haute température et haute pression, à moins qu’il n’y ait suffisamment de saveurs de quarks, la théorie de la chromodynamique quantique (QCD) prédit que les quarks et les gluons ne seront plus confinés dans les hadrons, « parce que la force de l’interaction forte diminue avec l’énergie ». Cette propriété, connue sous le nom de liberté asymptotique, a été confirmée expérimentalement dans la gamme d’énergie comprise entre 1 GeV (gigaélectronvolt) et 1 TeV (téraélectronvolt).
Tous les hadrons libres sauf (éventuellement) le proton et l’antiproton sont instables.