又叫介子核物理，在中高能核物理中，利用介子作探針來研究原子核的領域。根據所用介子的種類，包括π介子－核相互作用，K介子－核相互作用。習慣上把μ-子與原子核作用形成的μ-子原子的研究也歸入這一領域。
利用介子來研究原子核，主要是因為它們具有一些獨特的性質。例如，π介子的同位旋T=1，它有三種電荷狀態，可以通過電荷交換反應使原子核改變一個甚至兩個單位的電荷，形成某些特殊的原子核狀態。又如，π介子是玻色子，自旋為0，它可以在核內產生或被吸收。π被吸收後，至少有139.6MeV的能量交給了原子核，這是變革原子核的獨特手段。另一方面，π吸收過程又與核力相聯繫。按照目前的認識，核力是由核子之間交換玻色子而產生的。所以，原子核將會對π介子有較高的響應。再加，π-N（π介子-核子）系統自旋和同位旋都是3/2的Δ33共振態粒子，即Δ(1232)的存在以及它的明顯的同位旋依賴性質，提供了研究核內核子激發態的直接方法，也為研究核內物質分佈提供了新的手段。
K介子是另一類用於研究原子核的介子，它的同位旋為1/2，但它是奇異粒子，具有奇異數S，K+的S＝1，K-的S=-1。它們可以通過(K-，π-)或(π+，K+)等這類奇異交換反應把核內的中子變成帶奇異數的重子(如Λ或Σ超子)，形成超核。(K-，π-)反應已成為目前產生超核的主要手段。在低能區，K+－N系統沒有共振，其總截面僅約10mb，這相當於K+在核物質中的平均自由程λ
μ-子是隻有電磁作用的“重電子”，它的質量是電子的 207倍。它在原子核外的軌道半徑是電子在核外軌道半徑的1/207，從它上面去“看”原子核，將會清楚得多（見μ-子原子）。
20世紀60年代初，人們定性地認識到介子的這些特性有可能用於原子核研究，並開始了先驅性的實驗，發現了一系列新現象。以後相繼建立了一些專門產生 π介子和μ-子的強流質子加速器，稱為介子工廠。介子工廠的建立並投入運轉，標誌着π、μ 物理的“工業革命”。
介子與原子核的相互作用按其反應類型可分成如下幾種。
彈性和非彈性散射
入射的介子與核碰撞後，原子核仍處於基態或低激發態，前者稱為彈性散射，後者稱為非彈性散射。低能π介子以及 K+在核中的平均自由程較大，人們期望通過介子－核散射的分析得到核內物質分佈的信息。當入射π介子的能量在 195MeV附近，由於π-N系統的Δ33共振以及它的同位旋依賴性，可望通過彈性及非彈性散射過程得以瞭解核內中子分佈，原子核的激發方式以及Δ粒子在核中的形成和傳播等重要知識。
電荷交換反應及奇異交換反應
因為有三種電荷的π介子，就有可能用π介子將核中的一個或兩個中子(或質子)變成質子(或中子)，這就是π介子的電荷交換反應。當π介子僅使核中的核子改變了電荷狀態，而空間及自旋狀態保持不變，這就形成了同位旋相似態。實驗中用這種方法已在許多核上發現了同位旋相似態躍遷。用這種反應也發現了一些巨共振（見巨多極共振）。由於 K介子是奇異粒子，它可以通過奇異交換反應將奇異數交換給核子，從而產生包含奇異粒子的新的核物質形態。例如，(K-，π-)反應是目前產生Λ及∑超核的主要途徑。(π+，K+)是另一類產生超核的反應，它是將核中的中子變成S=-1的Λ粒子，而π+變成S=1的K+介子飛出核外。這些都是介子核物理中特有的反應方式。
介子－核吸收
吸收是指介子把它的總能量（包括其靜止質量）一併交給了原子核，π介子可以被兩個以上的核子吸收。人們期望介子的核吸收能給出核內核子關聯的知識。然而，目前仍然沒有透徹地認識π介子吸收的機制，還不能用它來研究核結構。由於π核吸收的截面很大，甚至可以大到π核非彈性碰撞截面的一半，所以，π核吸收的深入研究是定量地認識到有 π介子－核反應過程的一個關鍵。
雖然K介子也可以被核吸收，但由於它是帶奇異數的粒子，被核吸收以後，一定要將它的奇異數交給核中的核子，把核子變成帶奇異數的重子，如Λ、∑ 等。例如，K-pn→p∑-以及Kpp→n∑+（或pΛ）等過程。
